均衡控制方法、系统、设备以及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种储能系统均衡控制方法与系统，将M串超级电容分成K个类别，每个类别的中心点为该类别中所有超级电容实时电压的均值，当某个类别U

【技术实现步骤摘要】
均衡控制方法、系统、设备以及存储介质


[0001]本专利技术属于储能系统监测
，尤其涉及一种基于时间片任务调度的储能系统均衡控制方法、系统、设备以及存储介质。

技术介绍

[0002]目前，超级电容储能式有轨电车已经在国内多个城市如广州海珠和黄埔、云南文山、江苏淮安、武汉大汉阳、深圳龙华等多条线路中普及应用。
[0003]由于超级电容单体额定工作电压限制，为了满足储能系统容量和电压等级的需要，通常需要将多达数百个超级电容单体串并联构成储能系统，然而由于制造技术的限制导致单体参数具有一定差异性，主要是漏电参数和容量参数。累积的漏电差异，会导致系统内部电压分布不均匀。而在大电流充放电中，叠加的容量差异会导致电压偏高且容量偏低的单体过压，造成电容寿命迅速衰减。为了避免过压给储能系统带来负面影响，在某个单体电压达到额定电压时就需要停止对储能系统充电，而此时其他容量正常或偏大的超级电容单体尚有可以利用的能量未曾充分释放，造成储能系统效率下降。因此，为提高储能系统可靠性和能量利用效率，超级电容电压均衡控制至关重要。
[0004]在现有技术中，针对超级电容储能系统电压均衡主要有被动型均衡和主动型均衡两种方式，被动型均衡主要采用能量消耗的方法消耗掉电压过高超级电容单体的能量，会产生较大的热量；主动型均衡主要采用能量转移的方法，达到储能系统内部超级电容单体间电压的一致，但因为能量转换率有限(通常只能达到80％)，均衡过程中也会产生较大的热量。不管采用何种硬件结构的均衡电路或均衡模块，控制其工作的算法对最终的控制效果都将产生重要影响。现有的控制策略中，几乎很少考虑到均衡过程中持续累积的热量容易导致均衡电路中器件过热，从而最终影响器件寿命甚至导致器件失效的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种储能系统均衡控制方法、系统、设备以及存储介质，以解决在均衡过程中持续累积的热量易导致均衡模块或均衡电路中器件过热，进而影响器件寿命甚至导致器件失效的问题。
[0006]本专利技术是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种储能系统均衡控制方法，所述储能系统由N并M串超级电容构成，每N并m1串超级电容构成一个模组，共n个模组，其中n
×
m1＝M；每个所述模组对应一模组均衡单元，每个所述模组均衡单元包括主控模块和m1个均衡模块，每个均衡模块对应模组内一超级电容，n个所述模组均衡单元对应一主控制单元；所述方法包括以下步骤：
[0007]步骤1：根据每个所述均衡模块的均衡电流计算其单位时间均衡电压，并输入至所述主控制单元；
[0008]步骤2：所述主控制单元根据采样周期获取所有模组均衡单元采集并发送的M个超级电容的实时电压，并将M个超级电容分成K个类别，记为U1,U2,
…
,U
i
,
…
,U
K
，其中U
i
表示第i
类；
[0009]步骤3：计算M个超级电容实时电压的均值
[0010]步骤4：当第i类U
i
的均值与均值之差大于设定阈值时，计算第i类U
i
中所有超级电容执行均衡任务的时间，具体计算公式为：
[0011][0012]其中，T
ij
表示第i类U
i
中第j个超级电容执行均衡任务的时间，V
ij
表示第i类U
i
中第j个超级电容的实时电压，V
均
表示第i类U
i
中第j个超级电容对应均衡模块的单位时间均衡电压，C
i
‑1表示第i－1类U
i
‑1的均值，C
i
‑1为第i类U
i
中所有超级电容的均衡目标值；
[0013]步骤5：根据第i类U
i
中第j个超级电容执行均衡任务的时间T
ij
计算该超级电容的休眠时间
[0014]步骤6：所述主控制单元向所述主控模块发送均衡指令，所述均衡指令包括对应模组内所有超级电容执行均衡任务的时间、均衡目标值以及休眠时间；
[0015]步骤7：所述主控模块判断对应模组内每个超级电容的休眠计数是否大于0；其中每个超级电容的休眠计数的初始值均为0；
[0016]如果所述休眠计数大于0，则休眠计数减1，继续休眠；否则转入步骤8；
[0017]步骤8：将均衡计数加1，其中每个超级电容的均衡计数的初始值均为0；
[0018]步骤9：判断所述均衡计数是否大于等于该超级电容对应的执行均衡任务的时间；
[0019]如果否，则均衡计数加1，继续执行均衡任务；否则停止执行均衡任务，均衡计数清零，并将休眠计数设定为该超级电容的休眠时间；
[0020]步骤10：主控模块根据设定的均衡周期获取最新的均衡指令，重复步骤7～9，所述均衡周期大于采样周期。
[0021]本专利技术中，根据M串超级电容实时电压的离散程度将M串超级电容分成K个类别，每个类别的中心点为该类别中所有超级电容实时电压的均值，当某个类别U
i
的均值与均值之差大于设定阈值时，表明该类别U
i
中所有超级电容均需要执行均衡任务，计算类别U
i
中每个超级电容以类别U
i
‑1的均值C
i
‑1为均衡目标值执行均衡任务的时间；当均衡计数大于等于对应的执行均衡任务的时间时，表明该超级电容和均衡模块已经执行完均衡任务(即超级电容的实时电压与均衡目标值一致)，因此将均衡计数清零，并将休眠计数设为休眠时间，在下一次均衡任务执行前先通过强制休眠来降低对应均衡模块内器件的温度，避免了均衡模块连续执行均衡任务导致器件过热的问题，提高了器件寿命，提高了可靠性；同时每个类别中所有超级电容以同一类别的均值为均衡目标值，实现了该类别中所有超级电容电压的一致性控制，提高了整个储能系统的能量利用率和可靠性。
[0022]进一步地，所述步骤2中，采用K
‑
means聚类算法将M个超级电容分成K个类别，具体实现步骤为：
[0023]步骤2.1：根据超级电容的工艺偏差确定K值，即筛选出K个聚类，其中K为大于等于2的正整数；
[0024]步骤2.2：从M个所述实时电压中选择m个数据作为初始中心点，m个初始中心点与K个聚类一一对应；
[0025]步骤2.3：分别计算M个所述实时电压与每个所述初始中心点或中心点之间的欧几里得距离；
[0026]步骤2.4：将每个所述实时电压分配给与其欧几里得距离最小的初始中心点或中心点所对应的聚类，得到K个聚类；
[0027]步骤2.5：计算每个聚类的中心点；
[0028]步骤2.6：重复步骤2.3～2.5，直到聚类算法收敛；
[0029]步骤2.7：计算收敛后每个聚类的均值，得到K个均值；对K个均值进行排序，即C1≤C2≤
…
≤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种储能系统均衡控制方法，所述储能系统由N并M串超级电容构成，每N并m1串超级电容构成一个模组，共n个模组，其中n
×
m1＝M；每个所述模组对应一模组均衡单元，每个所述模组均衡单元包括主控模块和m1个均衡模块，每个均衡模块对应模组内一超级电容，n个所述模组均衡单元对应一主控制单元；其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：根据每个所述均衡模块的均衡电流计算其单位时间均衡电压，并输入至所述主控制单元；步骤2：所述主控制单元根据采样周期获取所有模组均衡单元采集并发送的M个超级电容的实时电压，并将M个超级电容分成K个类别，记为U1,U2,
…
,U
i
,
…
,U
K
，其中U
i
表示第i类；步骤3：计算M个超级电容实时电压的均值步骤4：当第i类U
i
的均值与均值之差大于设定阈值时，计算第i类U
i
中所有超级电容执行均衡任务的时间，具体计算公式为：其中，T
ij
表示第i类U
i
中第j个超级电容执行均衡任务的时间，V
ij
表示第i类U
i
中第j个超级电容的实时电压，V
均
表示第i类U
i
中第j个超级电容对应均衡模块的单位时间均衡电压，C
i
‑1表示第i－1类U
i
‑1的均值，C
i
‑1为第i类U
i
中所有超级电容的均衡目标值；步骤5：根据第i类U
i
中第j个超级电容执行均衡任务的时间T
ij
计算该超级电容的休眠时间步骤6：所述主控制单元向所述主控模块发送均衡指令，所述均衡指令包括对应模组内所有超级电容执行均衡任务的时间、均衡目标值以及休眠时间；步骤7：所述主控模块判断对应模组内每个超级电容的休眠计数是否大于0；其中每个超级电容的休眠计数的初始值均为0；如果所述休眠计数大于0，则休眠计数减1，继续休眠；否则转入步骤8；步骤8：将均衡计数加1，其中每个超级电容的均衡计数的初始值均为0；步骤9：判断所述均衡计数是否大于等于该超级电容对应的执行均衡任务的时间；如果否，则均衡计数加1，继续执行均衡任务；否则停止执行均衡任务，均衡计数清零，并将休眠计数设定为该超级电容的休眠时间；步骤10：主控模块根据设定的均衡周期获取最新的均衡指令，重复步骤7～9，所述均衡周期大于采样周期。2.如权利要求1所述的储能系统均衡控制方法，其特征在于：所述步骤2中，采用K
‑
means聚类算法将M个超级电容分成K个类别，具体实现步骤为：步骤2.1：根据超级电容的工艺偏差确定K值，即筛选出K个聚类，其中K为大于等于2的正整数；步骤2.2：从M个所述实时电压中选择m个数据作为初始中心点，m个初始中心点与K个聚类一一对应；步骤2.3：分别计算M个所述实时电压与每个所述初始中心点或中心点之间的欧几里得距离；步骤2.4：将每个所述实时电压分配给与其欧几里得距离最小的初始中心点或中心点
所对应的聚类，得到K个聚类；步骤2.5：计算每个聚类的中心点；步骤2.6：重复步骤2.3～2.5，直到聚类算法收敛；步骤2.7：计算收敛后每个聚类的均值，得到K个均值；对K个均值进行排序，即C1≤C2≤
…
≤C
i
≤
…
≤C
K
，其中C1,C2,
…
,C
i
,
…
,C
K
分别为聚类U1,U2,
…
,U
i
,
…
,U
K
的均值。3.如权利要求2所述的储能系统均衡控制方法，其特征在于：所述步骤2.6中，聚类算法收敛条件为：收敛次数≥3，其中收敛次数的初始值为0，当每个聚类当前次的中心点与该聚类上一次的中心点相同时，收敛次数+1。4.如权利要求1所述的储能系统均衡控制方法，其特征在于：所述步骤4中，当K值等于3时，设定阈值的取值范围均为其中，V
额
为超级电容额定电压，δ
min
、δ
max
分别为超级电容额定容量的最小修正偏差、最大修正偏差；当K值大于3时，设定阈值的取值范围均为V0/(K/3)，其中V0为K值等于3时设定阈值的取值范围。5.如权利要求1～4中任一项所述的储能系统均衡控制方法，其特征在于：所述步骤5中，休眠时间的计算公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗凯宇，罗显光，许晋荣，王雪莲，吴鹏飞，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车有限公司，
类型：发明
国别省市：