一种电力电子化通用电池特性模拟方法及模拟器技术

本发明专利技术是一种应用于并网大规模电池储能系统的电力电子化通用电池特性模拟方法，其特点是，包括的步骤有：设置电池模拟器的初始状态和参数；设定电池模拟器有功功率参考值、电池模拟器无功功率参考值；电池模拟器输出有功功率、电池模拟器输出无功功率为反馈量对模拟器进行双闭环反馈控制；电池模拟器输出有功功率等于电池模拟器有功功率参考值，电池模拟器输出无功功率等于电池模拟器无功功率参考值；测量电池模拟器直流侧当前的输出直流电压和输出直流电流，依据输出直流电流、输出直流电压、电池容量和上一个模拟周期的SOC更新当前的SOC；得到当前直流侧虚拟电压、直流侧虚拟电流；重复步骤直到模拟结束。并提供电池模拟器。

A general simulation method and simulator for power electronic general battery characteristics

The invention is a versatile method for the simulation of battery characteristic of power electronics for a large scale grid connected battery energy storage system, which is characterized in that the method comprises the following steps: setting the initial state and the parameters of the battery simulator; setting the battery simulator active power reference value and reference value of reactive power battery simulator; simulator output active power and battery battery the simulator output of reactive power is the feedback on the simulator for the double closed-loop feedback control; battery simulator output active power is equal to the reference value of the active power battery simulator, battery simulator output reactive power battery simulator is equal to the reference value of reactive power measurement; battery simulator DC side output DC voltage and current output DC current, according to the output DC current the output DC voltage, battery capacity and a simulation cycle SOC to update the current SOC The virtual voltage at the DC side and the virtual current at the DC side are obtained; the repeating step is finished until the simulation is finished. And provide battery simulator.

【技术实现步骤摘要】
一种电力电子化通用电池特性模拟方法及模拟器
本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种电力电子化通用电池特性模拟方法及模拟器，用以模拟多储能单元并网条件下真实电池组的功率外特性，适用于多种不同类型的电池。
技术介绍
在实际的研究和试验中使用真实的电池将会有成本高、维护困难、电池参数变更不灵活等问题，而且可能会有损坏电池的风险。同时对不同的电池进行研究需要高成本购买各种不同种类的电池，电池的购买和维护提高了研究成本。在储能系统并网工作时，电池需要通过储能变流器与交流电网相连实现功率传输，而实际研究中大多并不关心电池的内部机理，只关注电池的外部特性。目前已有的电池模拟器都是使用电力电子器件直接模拟电池直流端口外特性。而在研究储能系统并网工作时，需要再通过变流器来达到与电网进行功率交换的目的。这样做不仅使储能实验系统结构复杂、控制难度增加而且提高了实验系统的成本。以电网连接储能系统的角度来分析，一般只关注电网与储能系统的功率传输，即、变流器与电网接口处有功功率的传输情况。从这一角度来看，并不需要模拟变流器直流侧实际与电池连接点处的电池外特性。而目前的电池模拟器大多是对单一电池原型的模拟，无法扩展成一种通用的电池模拟器。
技术实现思路
本专利技术的构思基础是，当把变流器与电池整体看作一个储能单元时，这个储能单元与电网之间只是有功功率之间的交换关系。因为电网的电压是一定的，因此只要控制储能单元的电流，就可以实现与电网的目标功率的交换。以此为思路使用电力电子器件搭建电力电子电路，通过对电路进行控制使其网侧功率按照需要模拟的电池的功率曲线进行传输以实现模拟真实电池的工作状态。而通用电池模拟器可模拟多种电池的外特性，具有减少研究成本、加快研究进度、便于灵活改变电池参数等优点。本专利技术的目的是，克服现有技术的不足，提供一种科学合理，成本低，适用性强，效果佳，可模拟多种电池外特性，能够应用于并网大规模电池储能系统的电力电子化通用电池特性模拟方法，并提供实现所述模拟方法所必须使用的，结构简单、使用方便、参数可调、实用性好的模拟器。本专利技术的目的是由以下技术方案来实现的：一种电力电子化通用电池特性模拟方法,其特征是，它包括以下步骤：(1)设置电池模拟器的初始状态和参数，包括电池类型、电池充放电模式、荷电状态SOC、电池容量C、电池健康度SOH和倍率；(2)根据电池模拟器设定的初始工作状态和参数设定电池模拟器有功功率参考值Pref；(3)以电池模拟器有功功率参考值Pref、电池模拟器无功功率参考值Qref为给定值，电池模拟器输出有功功率P、电池模拟器输出无功功率Q为反馈量对模拟器进行双闭环反馈控制；(4)采用双闭环反馈控制的输出作为调制信号产生正弦脉宽调制波SPWM，利用正弦脉宽调制波SPWM控制模拟器使电池模拟器输出有功功率P等于电池模拟器有功功率参考值Pref，电池模拟器输出无功功率Q等于电池模拟器无功功率参考值Qref；(5)测量电池模拟器直流侧当前的输出直流电压Udc和输出直流电流Idc，依据输出直流电流Idc、输出直流电压Udc、电池容量C和上一个模拟周期的SOC更新当前的SOC；(6)根据当前SOC，对应实际电池参数对应关系，得到当前直流侧虚拟电压U’、直流侧虚拟电流I’；(7)重复步骤(2)～(6)直到模拟结束。所述的电池模拟器包括：三相电压型PWM变流器的驱动输入端依次连接IGBT驱动电路、控制电路和测量电路；三相电压型PWM变流器的三个交流接口作为整个电池模拟器与电网的接口，实现电池模拟器与电网之间的有功功率和无功功率交换控制；三相电压型PWM变流器的直流输出端依次连接直流侧电容Cdc、三相电压型PWM变流器，直流侧电容Cdc接在三相电压型PWM变流器与三相电压型PWM变流器之间为变流器提供电压支撑并减少直流侧谐波，三相电压型PWM变流器直流侧接直流侧电容Cdc，交流侧接三相电网实现交直流变换的功能，电抗器L1、L2用于滤除电流谐波，变流器串联及线路的损耗用等效电阻R1、R2表示。本专利技术的一种电力电子化通用电池特性模拟方法是以电池电压、电流和荷电状态等电池参数之间的关系为基础，在工作过程中，通过实时检测模拟器交流侧工作电流，结合当前SOC，以及其他的电池参数得到电池模拟器有功功率参考值Pref，并根据对电池功率交换的需要设定电池模拟器无功功率参考值Qref；以电池模拟器有功功率参考值Pref、电池模拟器无功功率参考值Qref为给定值，控制电池模拟器的最终有功功率输出使其等于电池模拟器有功功率参考值Pref，传输无功功率使其等于电池模拟器无功功率参考值Qref；同时在工作过程中根据工作情况更新荷电状态SOC，通过所述的方法达到动态、高精度模拟电池充放电功率和荷电状态SOC的目标；以三相背靠背变流器作为主拓扑结构，使得电池模拟器既可模拟电池的充电过程，也可以模拟电池的放电过程；本电池模拟器的参数可以灵活调整和更换。具有科学合理，成本低，适用性强，效果佳等优点。本专利技术的电池模拟器的优点具体体现在两个方面：一是：本专利技术在现有的电池模拟器的基础上进行创新，将电池与并网变流器整体看作一个储能单元，不模拟电池的实际直流侧电压和电流特性，只从电网的角度考虑储能单元与电网的功率交换，在模拟多储能单元并联的大规模储能系统时简化了设计结构降低了成本；二是：本专利技术结构简单、使用方便、实用性好、使用范围广，模拟器的参数可以灵活调整和更换，并且可以模拟多种电池。附图说明图1为本专利技术的一种电力电子化通用电池特性模拟方法流程图；图2为本专利技术的电池模拟器双闭环控制流程图；图3全钒液流电池等效电路模型图；图4为本专利技术的三相电压型PWM变流器拓扑图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例子对本专利技术作进一步的详细描述。参照图1，一种电力电子化通用电池特性模拟方法,包括以下步骤：(1)设置电池模拟器的初始状态和参数，包括电池类型、电池充放电模式、荷电状态SOC、电池容量C、电池健康度SOH和倍率；(2)根据电池模拟器设定的初始工作状态和参数设定电池模拟器有功功率参考值Pref；(3)以电池模拟器有功功率参考值Pref、电池模拟器无功功率参考值Qref为给定值，电池模拟器输出有功功率P、电池模拟器输出无功功率Q为反馈量对模拟器进行双闭环反馈控制；(4)采用双闭环反馈控制的输出作为调制信号产生正弦脉宽调制波SPWM，利用正弦脉宽调制波SPWM控制模拟器使电池模拟器输出有功功率P等于电池模拟器有功功率参考值Pref，电池模拟器输出无功功率Q等于电池模拟器无功功率参考值Qref；(5)测量电池模拟器直流侧当前的输出直流电压Udc和输出直流电流Idc，依据输出直流电流Idc、输出直流电压Udc、电池容量C和上一个模拟周期的SOC更新当前的SOC；(6)根据当前SOC，对应实际电池参数对应关系，得到当前直流侧虚拟电压U’、直流侧虚拟电流I’；(7)重复步骤(2)～(6)直到模拟结束。参照图2和图4，所述的电池模拟器包括：三相电压型PWM变流器4的驱动输入端依次连接IGBT驱动电路1、控制电路2和测量电路3；三相电压型PWM变流器4的三个交流接口作为整个电池模拟器与电网的接口，实现电池模拟器与电网之间的有功功率和无功功率交换控制；三相电压型PWM变流器的直流输出端依本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力电子化通用电池特性模拟方法,其特征是，它包括以下步骤：(1)设置电池模拟器的初始状态和参数，包括电池类型、电池充放电模式、荷电状态SOC、电池容量C、电池健康度SOH和倍率；(2)根据电池模拟器设定的初始工作状态和参数设定电池模拟器有功功率参考值Pref；(3)以电池模拟器有功功率参考值Pref、电池模拟器无功功率参考值Qref为给定值，电池模拟器输出有功功率P、电池模拟器输出无功功率Q为反馈量对模拟器进行双闭环反馈控制；(4)采用双闭环反馈控制的输出作为调制信号产生正弦脉宽调制波SPWM，利用正弦脉宽调制波SPWM控制模拟器使电池模拟器输出有功功率P等于电池模拟器有功功率参考值Pref，电池模拟器输出无功功率Q等于电池模拟器无功功率参考值Qref；(5)测量电池模拟器直流侧当前的输出直流电压Udc和输出直流电流Idc，依据输出直流电流Idc、输出直流电压Udc、电池容量C和上一个模拟周期的SOC更新当前的SOC；(6)根据当前SOC，对应实际电池参数对应关系，得到当前直流侧虚拟电压U’、直流侧虚拟电流I’；(7)重复步骤(2)～(6)直到模拟结束。

【技术特征摘要】
1.一种电力电子化通用电池特性模拟方法,其特征是，它包括以下步骤：(1)设置电池模拟器的初始状态和参数，包括电池类型、电池充放电模式、荷电状态SOC、电池容量C、电池健康度SOH和倍率；(2)根据电池模拟器设定的初始工作状态和参数设定电池模拟器有功功率参考值Pref；(3)以电池模拟器有功功率参考值Pref、电池模拟器无功功率参考值Qref为给定值，电池模拟器输出有功功率P、电池模拟器输出无功功率Q为反馈量对模拟器进行双闭环反馈控制；(4)采用双闭环反馈控制的输出作为调制信号产生正弦脉宽调制波SPWM，利用正弦脉宽调制波SPWM控制模拟器使电池模拟器输出有功功率P等于电池模拟器有功功率参考值Pref，电池模拟器输出无功功率Q等于电池模拟器无功功率参考值Qref；(5)测量电池模拟器直流侧当前的输出直流电压Udc和输出直流电流Idc，依据输出直流电流Idc、输出直流电压Udc、电池容量C和上一个模拟周期的...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆钢，李军徽，张天洋，严干贵，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22