一种串联储能系统荷电状态均衡控制方法及系统技术方案

本发明专利技术适用于储能相关技术领域，提供了一种串联储能系统荷电状态均衡控制方法及系统，所述方法包括：采集串联储能系统逆变器模块的实时输出电压、实时输出电流和储能电池SoC值；根据采集数据，得到逆变器模块的实际输出功率、本地SoC值和平均SoC值；根据得到的实际输出功率、本地SoC值、平均SoC值以及逆变器模块的参考有功功率和逆变器模块的参考角频率得到逆变器模块的期望均衡输出角频率；结合逆变器模块的期望均衡输出角频率和期望均衡输出电压以及实时输出电压和逆变器模块内串联电感上的电流，得到逆变器模块的均衡控制脉冲信号。仅需要邻居的SoC信息即可实现SoC均衡，能够在并网模式下实现同步，实现串联储能系统的SoC均衡。SoC均衡。SoC均衡。

【技术实现步骤摘要】
一种串联储能系统荷电状态均衡控制方法及系统


[0001]本专利技术属于储能相关
，特别涉及一种串联储能系统荷电状态均衡控制方法及系统。

技术介绍

[0002]由电力电子设备组成的储能系统(Energy Storage System，ESS)在可再生能源集成中起着至关重要的作用。它可以有效抑制太阳能、风能等可再生能源的间歇性和随机性所造成的功率波动。然而，传统ESS结构的输出电压不能满足电力系统对高功率和高电压水平的要求。多个逆变器串联在一起可以增加电压和功率电平，而不需要应用额外的变压器。串联型储能系统(Series
‑
type Energy Storage System，SESS)采用串联型逆变器拓扑结构，可应用于大容量储能集成。SESS被认为在微电网、可再生能源大规模集成等方面具有更广阔的前景。
[0003]串联逆变器的同步是串联逆变器控制的一个核心问题。传统的控制方法通常依靠中央控制器和全球通信网络获取所有的信息，包括频率、电压相位角等必要的信息。当串联逆变器系统进一步扩大规模时，高带宽通信将增加成本。此外，当通信发生延迟和故障时，会产生负面影响，降低系统的可靠性。荷电状态是SESS的另一个重要指标。在SESS中，每个模块的初始SoC(State of Charge，荷电状态)值和输出功率不同，会导致SoC不均衡，从而导致过充和过放电问题。显然，SoC不均衡问题会减少SESS的寿命。现有控制方案都依赖于集中式控制，对通信的要求高，亟需一种低带宽依赖的SoC均衡控制方案。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，一方面，本专利技术公开了一种串联储能系统荷电状态均衡控制方法，所述方法包括：
[0005]采集串联储能系统逆变器模块的实时输出电压、实时输出电流和储能电池SoC值；
[0006]根据采集的实时输出电压、实时输出电流和储能电池SoC值得到逆变器模块的实际输出功率、本地SoC值和平均SoC值；
[0007]根据得到的实际输出功率、本地SoC值、平均SoC值以及逆变器模块的参考有功功率和逆变器模块的参考角频率得到逆变器模块的期望均衡输出角频率；
[0008]结合逆变器模块的期望均衡输出角频率和期望均衡输出电压以及实时输出电压和逆变器模块内串联电感上的电流，得到逆变器模块的均衡控制脉冲信号。
[0009]进一步地，所述平均SoC值的计算需要获取本地SoC值和其余逆变器模块的邻居SoC值。
[0010]进一步地，所述平均SoC值的算法为：
[0011][0012]其中，SoC
i
为串联储能系统第i个逆变器模块储能电池的荷电状态值；和分别为串联储能系统第i个和第j个逆变器模块储能电池的平均荷电状态值；N
i
表示相邻节点i的集合；a
ij
表示接收节点j数据的节点i的通信权值，其中如果有一条边连接节点i到节点j，则a
ij
＝1，其中如果没有一条边连接节点i到节点j，则a
ij
＝0。
[0013]进一步地，所述平均SoC值的算法基于动态一致性控制协议进行设定。
[0014]进一步地，所述期望均衡输出角频率和期望均衡输出电压采用串联储能系统均衡控制模型计算得到，所述串联储能系统均衡控制模型为：
[0015][0016]其中，ω*为每个串联储能系统逆变器模块的参考角频率；ω
i
为每个串联储能系统逆变器模块的期望均衡输出角频率；P*和P
i
分别表示第i个串联储能系统逆变器模块的参考有功功率和实际输出功率，SoC
i
为串联储能系统第i个逆变器模块储能电池的荷电状态值，为串联储能系统第i个逆变器模块储能电池的平均荷电状态值，V*和V
i
分别表示为第i个串联储能系统逆变器模块的参考电压和期望均衡输出电压，m为第i个串联储能系统逆变器模块的有功功率
‑
频率比例控制系数，k为第i个串联储能系统逆变器模块的SoC均衡控制系数，N为串联储能系统中逆变器模块的数量。
[0017]进一步地，将所述串联储能系统中所有逆变器模块的平均SoC值动态以矩阵形式表示，得到：
[0018][0019]H＝s(SI+L)
‑1[0020]其中，I为单位对角矩阵，H为平均SoC估计器传递函数，L为承载通信图信息的拉普拉斯矩阵，s为拉普拉斯算子，为估计的SoC值所构成的矩阵，SoC为实际SoC值所构成的矩阵。
[0021]进一步地，若所述拉普拉斯矩阵L是均衡的，得到：
[0022][0023]其中，依次为串联储能系统第1个到第N个逆变器模块储能电池的平均荷电状态值；SoC
i
为串联储能系统第i个逆变器模块储能电池的荷电状态值；N为串联储能系统中逆变器模块储能电池的数量。
[0024]进一步地，所有串联储能系统逆变器模块之间采用分布式通信拓扑进行角频率和估计SoC值的传输通信。
[0025]进一步地，所述荷电状态均衡控制方法用于实现串联储能系统各逆变器模块间的荷电状态均衡；
[0026]在充电模式下，SoC值大的逆变器模块的吸收功率小于SoC值小的逆变器模块的吸收功率；
[0027]在放电模式下，SoC值大的逆变器模块的输出功率大于SoC值小的逆变器模块的输出功率；
[0028]在稳态下，SESS中各逆变器模块的SoC值趋于一致。
[0029]另外一方面，本专利技术还公开了一种串联储能系统荷电状态均衡控制系统，所述均衡控制系统包括：
[0030]数据采集单元，用于采集串联储能系统逆变器模块的实时输出电压、实时输出电流和储能电池SoC值；
[0031]功率计算单元，用于根据采集的实时输出电压和实时输出电流得到逆变器模块的实际输出功率；
[0032]SoC估计单元，用于根据逆变器模块的实际输出功率和储能电池SoC值，得到本地SoC值、平均SoC值；
[0033]SoC均衡控制单元，用于根据得到的实际输出功率、本地SoC值、平均SoC值以及逆变器模块的参考有功功率和逆变器模块的参考角频率得到逆变器模块的期望均衡输出角频率；
[0034]闭环控制单元，用于结合逆变器模块的期望均衡输出角频率和期望均衡输出电压以及实时输出电压和逆变器模块内串联电感上的电流，得到逆变器模块的均衡控制脉冲信号。
[0035]进一步地，所述SoC估计单元包括本地SoC估计子单元和平均SoC估计器；
[0036]所述本地SoC估计子单元，用于根据逆变器模块的实际输出功率和储能电池SoC值，得到本地SoC值；
[0037]所述平均SoC估计器，用于根据本地SoC值和其余逆变器模块的邻居SoC值，得到平均SoC值。
[0038]进一步地，所述平均SoC值的算法为：
[0039][0040]其中，SoC
i
为串联储能系统第i个逆变器模块储能电池的荷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种串联储能系统荷电状态均衡控制方法，其特征在于，所述方法包括：采集串联储能系统逆变器模块的实时输出电压、实时输出电流和储能电池SoC值；根据采集的实时输出电压、实时输出电流和储能电池SoC值得到逆变器模块的实际输出功率、本地SoC值和平均SoC值；根据得到的实际输出功率、本地SoC值、平均SoC值以及逆变器模块的参考有功功率和逆变器模块的参考角频率得到逆变器模块的期望均衡输出角频率；结合逆变器模块的期望均衡输出角频率和期望均衡输出电压以及实时输出电压和逆变器模块内串联电感上的电流，得到逆变器模块的均衡控制脉冲信号。2.根据权利要求1所述的串联储能系统荷电状态均衡控制方法，其特征在于，所述平均SoC值的计算需要获取本地SoC值和其余逆变器模块的邻居SoC值。3.根据权利要求1所述的串联储能系统荷电状态均衡控制方法，其特征在于，所述平均SoC值的算法为：其中，SoC
i
为串联储能系统第i个逆变器模块储能电池的荷电状态值；和分别为串联储能系统第i个和第j个逆变器模块储能电池的平均荷电状态值；N
i
表示相邻节点i的集合；a
ij
表示接收节点j数据的节点i的通信权值，其中如果有一条边连接节点i到节点j，则a
ij
＝1，其中如果没有一条边连接节点i到节点j，则a
ij
＝0。4.根据权利要求3所述的串联储能系统荷电状态均衡控制方法，其特征在于，所述平均SoC值的算法基于动态一致性控制协议进行设定。5.根据权利要求1所述的串联储能系统荷电状态均衡控制方法，其特征在于，所述期望均衡输出角频率和期望均衡输出电压采用串联储能系统均衡控制模型计算得到，所述串联储能系统均衡控制模型为：其中，ω*为每个串联储能系统逆变器模块的参考角频率；ω
i
为每个串联储能系统逆变器模块的期望均衡输出角频率；P*和P
i
分别表示第i个串联储能系统逆变器模块的参考有功功率和实际输出功率，SoC
i
为串联储能系统第i个逆变器模块储能电池的荷电状态值，为串联储能系统第i个逆变器模块储能电池的平均荷电状态值，V*和V
i
分别表示为第i个串联储能系统逆变器模块的参考电压和期望均衡输出电压，m为第i个串联储能系统逆变器模块的有功功率
‑
频率比例控制系数，k为第i个串联储能系统逆变器模块的SoC均衡控制系数，N为串联储能系统中逆变器模块的数量。6.根据权利要求1所述的串联储能系统荷电状态均衡控制方法，其特征在于，将所述串联储能系统中所有逆变器模块的平均SoC值动态以矩阵形式表示，得到：
H＝s(sI+L)
‑1其中，I为单位对角矩阵，H为平均SoC估计器传递函数，L为承载通信图信息的拉普拉斯矩阵，s为拉普拉斯算子，为估计的SoC值所构成的矩阵，SoC为实际SoC值所构成的矩阵。7.根据权利要求6所述的串联储能系统荷电状态均衡控制方法，其特征在于，若所述拉普拉斯矩阵L是均衡的，得到：其中，依次为串联储能系统第1个到第N个逆变器模块储能电池的平均荷电状态值；SoC
i
为串联储能系统第i个逆变器模块储能电池的荷电状态值；N为串联储能系统中逆变器模块储能电池的数量。8.根据权利要求1所述的串联储能系统荷电状态均衡控制方法，其特征在于，所有串联储能系统逆变器模块之间采用分布式通信拓扑进行角频率和估计SoC值的传输通信。9.根据权利要求1
‑
8任一所述的串联储能系统荷电状态均衡控制方法，其特征在于，所述荷电状态均衡控制方法用于实现串联储能系统各逆变器模块间的荷电状态均衡；在充电模式下，SoC值大的逆变器模块的吸收功率小于SoC值小的逆变器模块的吸收功率；在放电模式下，SoC值大的逆变器模块的输出功率大于SoC值小的逆变器模块的输出功率；在稳态下，SE...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晋宇，李泽华，张玉江，张鹏林，邢宇，樊志强，马晨璨，姜文旭，王辉，余文杰，陈诗淼，施光泽，
申请(专利权)人：内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司中南大学，
类型：发明
国别省市：