基于载波移相调制的链式储能系统相内SOC均衡方法及系统技术方案

基于载波移相调制的链式储能系统相内SOC均衡方法及系统，包括：采集各相内所有功率子模块的SOC；计算每个模块SOC与电池组平均SOC的差值，差值绝对值大于相内SOC均衡触发阈值开启相内均衡；根据桥臂电流与调制波方向确定待均衡模块的充放电状态及FLAG取值；设置SOC均衡系数，并利用差值，初始调制波幅度，SOC均衡系数以及FLAG取值计算得到调制波的幅度；若差值的绝对值小于相内SOC均衡结束阈值则实现相内SOC均衡。本发明专利技术基于载波移相调制方法解决链式储能系统中存在的子模块电池SOC不均衡的问题，同时避免调制后的调制波在过零点位置出现突变。出现突变。出现突变。

【技术实现步骤摘要】
基于载波移相调制的链式储能系统相内SOC均衡方法及系统


[0001]本专利技术属于电化学储能及电力电子领域，更具体的，涉及基于载波移相调制的链式储能系统相内SOC均衡方法及系统。

技术介绍

[0002]链式储能系统是一种基于模块化多电平技术(Modular Multilevel Converter，MMC)的中高压储能系统，利用MMC模块化、易于扩容的特点，通过多个模块的级联，链式储能系统适用于较高的电压水平环境，不经变压器升压便可接入中高压电网，同时模块化的结构使得每个子模块都能相对独立的控制，在控制策略的选择、故障排除等方面也具有优势。因此，在解决新能源发电的间歇性、改善电网运行质量等方面都有良好的应用前景。基于MMC的储能系统也面临着各种挑战，同相内子模块电池组SOC差异问题就是其中之一。因为制造工艺的误差、老化程度不同等原因，即使规格相同的电池也会存在差异，这也导致子模块内电池组在工作的过程中SOC不同，由于储能单元的SOC下限决定了整个储能系统的容量上限，这会导致储能容量降低，电池寿命减短，输出波形畸变程度增大等问题
[0003]现有技术中，“一种链式储能系统相内SOC均衡控制方法与系统”(CN114899899A)通过单相中所有功率子模块内电池的SOC与电压启动相内SOC均衡控制，根据桥臂电流方向与调制波方向判断桥臂的充放电状态；对功率子模块按照电池的SOC从小到大进行排序，并计算所有功率子模块内电池的SOC的均值；当桥臂处于放电状态时，将kN个SOC最大的模块与(1
‑
k)N个最接近SOC的均值的功率子模块投入。“冗余容错PWM调制方法及基于该方法的模块化串联逆变器”(CN107276444B)结合控制策略确定各子模块的调制波信号；然后根据拓扑中含有的冗余子模块数量，确定各子模块三角载波的幅值；根据子模块的调制波信号与对应的三角载波信号确定子模块的控制脉冲信号，进而控制子模块的投切状态；载波移相作为基于MMC储能系统中常用的调制方式，在一般的调制过程中，通过设定每个子模块对应载波的相位，使子模块输出的波形叠加生成调制信号，在这个过程中，每个子模块在一个周期内接入桥臂的时间理论上相同，吸收或者发出的功率也就相同，在子模块电池SOC不均衡的前提下无法消除不同子模块间的SOC差异，但是通过调整调制波的幅度，可以改变子模块接入桥臂的时间，改变一个周期内不同子模块收发的功率，借此达到平衡子模块电池SOC的目的。然而，基于载波移相调制方法下的相内均衡普遍根据电池SOC与均值的差异在模块的调制波上叠加一个直流偏置量改变调制波幅度，如在模块SOC相较均值偏大时，则希望在充电时减小模块接入时间，调制波与桥臂电流均为正时模块处于充电状态，通过在调制波上叠加负直流量，降低调制波幅度，可以发现调整后模块输出电容电压的时间变短了，减短了接入桥臂充电的时间，可是在调制波与桥臂电流均为负时，同样处于充电状态，希望减短充电时间，通过叠加一个正向的直流偏置升高调制波幅度也可以达到这个效果，但是调制后的调制波在过零点位置会出现突变，导致对器件的压力显著增大。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于载波移相调制的链式储能系统相内SOC均衡方法及系统，基于载波移相调制方法解决链式储能系统中存在的子模块电池SOC不均衡的问题，同时避免调制后的调制波在过零点位置出现突变。
[0005]本专利技术采用如下的技术方案。
[0006]本专利技术一方面提出了一种基于载波移相调制的链式储能系统相内SOC均衡方法，包括：
[0007]步骤1，采集各相内所有功率子模块的SOC；计算每个功率子模块SOC与电池组平均SOC的差值，若差值的绝对值大于相内SOC均衡触发阈值，则进入步骤2；反之，则循环执行步骤1；
[0008]步骤2，根据桥臂电流方向与调制波方向确定待均衡的功率子模块的充放电状态及FLAG取值；其中，桥臂电流方向与调制波方向为同向时，功率子模块为充电状态且FLAG取值为
‑
1；桥臂电流方向与调制波方向为反向时，功率子模块为放电状态且FLAG取值为1；
[0009]步骤3，设置SOC均衡系数，并利用相内每个功率子模块SOC与电池组平均SOC的差值，初始调制波幅度，SOC均衡系数以及FLAG取值计算得到调制波的幅度；其中，初始调制波幅度为基于三角载波反向的单极倍频载波移相所获得的输出电平；
[0010]步骤4，采集当前各相内所有功率子模块的SOC，计算当前每个功率子模块SOC与电池组平均SOC的差值，若差值的绝对值小于相内SOC均衡结束阈值，则实现相内SOC均衡；反之，则返回步骤1。
[0011]优选地，步骤1中，功率子模块为全桥结构，调制方法为基于三角载波反向的单极倍频载波移相；
[0012]在链式储能系统正常运行中，功率子模块的工作状态只在正向投入、反向投入与旁路中切换，闭锁状态只出现于故障穿越与子模块预启动充电时。
[0013]优选地，相内SOC均衡触发阈值不小于5％。
[0014]优选地，步骤3包括：
[0015]步骤3.1，以如下关系式计算相内每个功率子模块SOC与电池组平均SOC的差值ΔSOC：
[0016]ΔSOC＝SOC
N
－SOC
ST
[0017]式中，
[0018]SOC
N
为功率子模块SOC，
[0019]SOC
ST
为电池组平均SOC；
[0020]步骤3.2，以如下关系式计算调制波的幅度U
N
：
[0021]U
N
＝U
O
×
(1+K
p
×
ΔSOC
×
FLAG)
[0022]式中，
[0023]U
O
为初始调制波幅度，
[0024]K
p
为SOC均衡系数。
[0025]优选地，SOC均衡系数不小于0.2。
[0026]优选地，相内SOC均衡结束阈值不小于3％。
[0027]本专利技术另一方能还提出了一种基于载波移相调制的链式储能系统相内SOC均衡系
统，包括：采集模块，相内SOC均衡模块。
[0028]采集模块，用于采集各相内所有功率子模块的SOC和电池组平均SOC；
[0029]相内SOC均衡模块包括：相内SOC均衡触发单元，相内SOC均衡结束单元，相内SOC均衡调制单元；其中，
[0030]相内SOC均衡触发单元，用于计算每个功率子模块SOC与电池组平均SOC的差值，若差值的绝对值大于相内SOC均衡触发阈值，则启动相内SOC均衡调制模块；
[0031]相内SOC均衡结束单元，用于计算当前每个功率子模块SOC与电池组平均SOC的差值，若差值的绝对值小于相内SOC均衡结束阈值，则停止相内SOC均衡调制模块；
[0032]相内SOC均衡调制单元，用于设置S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于载波移相调制的链式储能系统相内SOC均衡方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，采集各相内所有功率子模块的SOC；计算每个功率子模块SOC与电池组平均SOC的差值，若差值的绝对值大于相内SOC均衡触发阈值，则进入步骤2；反之，则循环执行步骤1；步骤2，根据桥臂电流方向与调制波方向确定待均衡的功率子模块的充放电状态及FLAG取值；其中，桥臂电流方向与调制波方向为同向时，功率子模块为充电状态且FLAG取值为
‑
1；桥臂电流方向与调制波方向为反向时，功率子模块为放电状态且FLAG取值为1；步骤3，设置SOC均衡系数，并利用相内每个功率子模块SOC与电池组平均SOC的差值，初始调制波幅度，SOC均衡系数以及FLAG取值计算得到调制波的幅度；其中，初始调制波幅度为基于三角载波反向的单极倍频载波移相所获得的输出电平；步骤4，采集当前各相内所有功率子模块的SOC，计算当前每个功率子模块SOC与电池组平均SOC的差值，若差值的绝对值小于相内SOC均衡结束阈值，则实现相内SOC均衡；反之，则返回步骤1。2.根据权利要求1所述的基于载波移相调制的链式储能系统相内SOC均衡方法，其特征在于，步骤1中，功率子模块为全桥结构，调制方法为基于三角载波反向的单极倍频载波移相；在链式储能系统正常运行中，功率子模块的工作状态只在正向投入、反向投入与旁路中切换，闭锁状态只出现于故障穿越与子模块预启动充电时。3.根据权利要求1所述的基于载波移相调制的链式储能系统相内SOC均衡方法，其特征在于，相内SOC均衡触发阈值不小于5％。4.根据权利要求1所述的基于载波移相调制的链式储能系统相内SOC均衡方法，其特征在于，步骤3包括：步骤3.1，以如下关系式计算相内每个功率子模块SOC与电池组平均SOC的差值ΔSOC：ΔSOC＝SOC
N
－SOC
ST
式中，SOC
N
为功率子模块SOC，SOC
ST
为电池组平均SOC；步骤3.2，以如下关系式计算调制波的幅度U
N
：U
N
＝U
O
×
(1+K
p
×
ΔSOC
×
FLAG)式中，U
O...

【专利技术属性】
技术研发人员：于华龙，刘树，马重道，马彦宾，牛晨光，李昆，
申请(专利权)人：北京四方继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：