【技术实现步骤摘要】
一种级联H桥型储能系统能量均衡控制方法
本专利技术属于电力电子
，特别是一种级联H桥型储能系统能量均衡控制方法。
技术介绍
在能源危机的背景下，以光伏发电和风力发电为代表的新能源发电技术迅速发展，然而，新能源产生的能量受环境因素影响严重，新能源输出能量的波动性、间歇性和不可预测性给现有的电力系统运行带来了巨大的挑战。在新能源并网侧引入储能系统，被认为是解决新能源并网问题的有效手段，当新能源输出能量大于有功调度时储能系统可以吸收部分能量，当小于有功调度时，可以从储能系统释放能量以维持电力系统稳定，可以实现对风力、光伏输出能量的有效调控，对降低弃风弃光率，提高可再生能源的利用率起着重要作用。级联H桥型储能系统主要由储能介质(一般为储能电池或超级电容模组)和功率变换系统(PowerConversionSystem，PCS)两部分组成。级联H桥型PCS可以以耐压较低的开关器件实现较高的电压输出，且由于具有模块化程度高、多电平输出特性良好、系统损耗低和效率高等优点，使其在大容量储能系统领域得到了广泛的应用。但是各个H桥单元的功率开关管、电容器和储能介质等器件参数不可能完全一致，导致储能系统在存储和释放能量的过程中不同功率单元产生的损耗不同，进而产生相间和相内能量不均衡。其中相间能量不均衡定义为A、B、C三相存储能量不相等的情况，相内能量不均衡定义为A、B、C三相中某一相的各个功率单元存储能量不一致的情况。当产生相间能量不均衡时会发生在充电过程中某一相储能单元能量提前升至最大，或是在放电过程中某一相...
【技术保护点】
1.一种级联H桥型储能系统能量均衡控制方法，其特征在于，该控制方法包括级联H桥型储能系统相间能量均衡控制方法和级联H桥型储能系统相内能量均衡控制方法；/n所述级联H桥型储能系统相间能量均衡控制方法通过计算级联H桥中A相、B相和C相相间的相间能量均衡系数，通过相间能量均衡系数调整对应相的载波来实现能量均衡；所述相间能量均衡系数在一个控制周期中，通过采集所有储能单元的储能状态信息，计算得到各相储能信息的平均值，代入所构造的均衡函数，计算得到对应A相、B相和C相的相间能量均衡系数，借助相间能量均衡系数，在载波移相SPWM调制模块对系统载波进行调整，进而实现相间能量均衡；/n所述级联H桥型储能系统相内能量均衡控制方法通过计算级联H桥中A相、B相和C相相内的相内能量均衡系数，通过相内能量均衡系数调整相内对应各功率单元的载波来实现能量均衡；所述相内能量均衡系数在一个控制周期中，通过采集相内各个储能单元的储能状态信息，利用所构造的均衡函数，计算得到对应相内各个储能单元的相内能量均衡系数，借助相内能量均衡系数，在载波移相SPWM调制模块对系统载波进行调整，进而实现相内能量均衡；/n所述级联H桥型储能系...
【技术特征摘要】
1.一种级联H桥型储能系统能量均衡控制方法，其特征在于，该控制方法包括级联H桥型储能系统相间能量均衡控制方法和级联H桥型储能系统相内能量均衡控制方法；
所述级联H桥型储能系统相间能量均衡控制方法通过计算级联H桥中A相、B相和C相相间的相间能量均衡系数，通过相间能量均衡系数调整对应相的载波来实现能量均衡；所述相间能量均衡系数在一个控制周期中，通过采集所有储能单元的储能状态信息，计算得到各相储能信息的平均值，代入所构造的均衡函数，计算得到对应A相、B相和C相的相间能量均衡系数，借助相间能量均衡系数，在载波移相SPWM调制模块对系统载波进行调整，进而实现相间能量均衡；
所述级联H桥型储能系统相内能量均衡控制方法通过计算级联H桥中A相、B相和C相相内的相内能量均衡系数，通过相内能量均衡系数调整相内对应各功率单元的载波来实现能量均衡；所述相内能量均衡系数在一个控制周期中，通过采集相内各个储能单元的储能状态信息，利用所构造的均衡函数，计算得到对应相内各个储能单元的相内能量均衡系数，借助相内能量均衡系数，在载波移相SPWM调制模块对系统载波进行调整，进而实现相内能量均衡；
所述级联H桥型储能系统相间能量均衡控制方法具体包括以下步骤：
S1：采集级联H桥中A相、B相和C相储能介质中存储能量的状态信息，包括：
A相的功率单元1、功率单元2、功率单元3……功率单元n分别对应的能量状态信息为SOCa1、SOCa2、SOCa3……SOCan；
B相的功率单元1、功率单元2、功率单元3……功率单元n分别对应的能量状态信息为SOCb1、SOCb2、SOCb3……SOCbn；
C相的功率单元1、功率单元2、功率单元3……功率单元n分别对应的能量状态信息为SOCc1、SOCc2、SOCc3……SOCcn；
S2：根据公式(1)分别计算级联H桥中A、B、C三相储能单元能量的平均值，得到级联H桥中A相储能单元能量平均值SOCa、B相储能单元能量平均值SOCb、C相储能单元能量平均值SOCc，
S3：
S31、当储能系统处于充电状态时：
对所述A相储能单元能量平均值SOCa、B相储能单元能量平均值SOCb、C相储能单元能量平均值SOCc的大小进行排序，将SOCa、SOCb、SOCc中的最大值定义为SOCmax，根据公式(2)分别计算SOCmax与SOCa、SOCb、SOCc之间的差值ΔSOCa、ΔSOCb、ΔSOCc，
S32、当储能系统处于放电状态时：
对所述A相储能单元能量平均值SOCa、B相储能单元能量平均值SOCb、C相储能单元能量平均值SOCc的大小进行排序，将SOCa、SOCb、SOCc中的最小值定义为SOCmin，根据公式(3)分别计算SOCmin与SOCa、SOCb、SOCc之间的差值ΔSOCa、ΔSOCb、ΔSOCc，
S4：根据ΔSOCi(i＝a、b、c)的大小情况将能量不均衡状态分为三种情况，分别为：
S41、当ΔSOCi＝0时，此时该相能量值与三相中的最大值SOCmax或最小值SOCmin相同，该相与最大值或最小值所对应的相之间为均衡状态，此时所述相间能量均衡系数计算式为ki＝kmin＝1；
S42、当0＜ΔSOCi≤SOCT时，此时该相能量值小于最大值SOCmax或大于最小值SOCmin，但差值不超过SOCT，为近似均衡状态，此时所述相间能量均衡系数计算式为
S43、当ΔSOCi＞SOCT时，此时该相能量值与最大值SOCmax或最小值SOCmin之间的差值大于SOCT，为不均衡状态，此时所述相间能量均衡系数计算式为ki＝kmax；
其中SOCT为系统近似均衡状态与不均衡状态之间的阈值，kmax为相间最大均衡系数，base为指数均衡函数的底数，SOCT、kmax、base根据储能介质的性质和储能系统装置额定功率设定；
S5：根据步骤S4分析构造出用于分析计算相间能量均衡系数的相间能量均衡函数，该函数为分段函数，将ΔSOCi作为自变量代入相间能量均衡函数，对应因变量即为得到的相间能量均衡系数；
S6：在载波移相调制模块将步骤S5中得到的相间能量均衡系数与对应相的PWM载波相乘，调整载波幅值，增加不平衡相的功率开关管的工作时间，对储能单元进行差异化存储或释放能量，最终实现级联H桥储能系统的相间能量均衡。
2.根据权利要求1所述级联H桥型储能系统能量均衡控制方法，其特征在于，所述储能系统中储能介质包括电池或超级电容；当电池作为储能介质时，储能系统的控制量为电池的荷电量；当超级电容作为储能介质时，储能系统的控制量为电容的端电压。
3.根据权利要求2所述级联H桥型储能系统能量均衡控制方法，其特征在于，所述级联H桥型储能系统相内能量均衡控制方法包括A相能量均衡控制方法、B相能量均衡控制方法和C相能量均衡控制方法。
4.根据权利要求3所述级联H桥型储能系统能量均衡控制方法，其特征在于，所述A相能量均衡控制方法具体包括以下步骤：
S7：采集级联H桥型储能系统的A相储能介质中存储能量的状态信息，包括SOCa1、SOCa2、SOCa3……SOCan；
S8：
S81、当储能系统处于充电状态时：
对SOCa1、SOCa2、SOCa3……SOCan的大小进行排序，将其中的最大值定义为SOCamax，根据公式(4)计算该相最大值与各功率单元之间的差值，定义为ΔSOCai(i＝1,2,3…n)
ΔSOCai＝SOCamax-SOCai(4)
S82、当储能系统处于放电状态时：
对SOCa1、SOCa2、SOCa3……SOCan的大小进行排序，将其中的最小值定义为SOCamin，根据公式(5)计算该相最小值与各功率单元之间的差值，定义为ΔSOCai(i＝1,2,3…n)
ΔSOCai＝|SOCamin-SOCai|(5)
S9：根据ΔSOCai(i＝1,2,3…n)的大小将能量不均衡状态分为三种情况，并计算对应的相内能量均衡系数，分别为：
S91、当ΔSOCai＝0时，此时该功率单元能量值与该相中的最大值SOCamax或最小值SOCamin相同，该功率单元与最大值或最小值之间为均衡状态，此时所述相内能量均衡系数计算式为kai＝kmin＝1；
S92、当0＜ΔSOCai≤SOCaT时，此时该功率单元能量值小于最大值SOCamax或大于最小值S...
【专利技术属性】
技术研发人员：王永帅，陈迪蕾，郑征，张国澎，陶海军，杨明，李斌，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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