一种分布式储能电池优化器SOC均衡控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种分布式储能电池优化器SOC均衡控制方法及系统，属于电池储能系统控制领域。本发明专利技术通过对电池优化器的输出电压进行二次电压补偿，得到二次电压补偿量；对二次电压补偿量与母线额定电压叠加的值进行改进下垂控制，得到电池优化器输出电压的参考值；对电池优化器输出电压的参考值进行电压闭环控制，得到频率差值信号；使输出的频率差值信号与初始谐振频率进行叠加，得到实际开关频率值；对实际开关频率值进行脉冲频率调制，得到电池优化器功率器件的驱动信号。因此，本发明专利技术提出的均衡控制方法，能够实现多个电池优化器充放电时的并联控制，对多个电池优化器同时进行输出功率控制时即可实现对多个电池优化器进行协调控制。进行协调控制。进行协调控制。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式储能电池优化器SOC均衡控制方法及系统


[0001]本专利技术属于电池储能系统控制
，涉及一种分布式储能电池优化器SOC均衡控制方法及系统。

技术介绍

[0002]在储能系统中，为了实现对直流母线功率起到“削峰填谷”的作用，通常将电池通过双向DC/DC变换器接入直流母线，通过双向DC/DC变换器充放电模式的切换实现能量的双向流动，因此双向DC/DC变换器具有良好的工作性能是维持系统稳定运行的重要前提。
[0003]现有技术中，双向DC/DC变换器拓扑多采用非隔离型双向DC
‑
DC变换器，如已公开的文献《分布式储能双向DC/DC变换器及SOC均衡控制》和《独立直流微电网中基于改进下垂法的协调控制策略研究》，分别采用悬浮交错并联双向DC/DC变换器和双向Buck/Boost变换器，具有结构简单，不存在变压器且元器件较少的优点。然而上述文献中使用的非隔离型双向DC/DC变换器拓扑无法适应电压等级高的场合，并且工作在硬开关状态，效率和功率密度会受到一定限制。
[0004]储能系统中各储能模块通常分布式并联接入直流母线。然而由于元器件存在差异，并联在直流母线上的各储能模块参数难以保持一致，若不采取有效的控制措施，会导致各模块的输出电流相差较大，严重时会在模块间产生环流现象，从而严重影响到储能模块的使用寿命，甚至危害系统的安全可靠性。为了避免储能模块的过充或过放并实现功率在各储能模块间的合理分配，需要利用有效的功率分配策略使各储能模块根据自身荷电状态输出或吸收功率，以此达到功率均衡和储能单元高效利用的目的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中储能系统中元器件存在差异，并联在直流母线上的各储能模块参数难以保持一致，导致各模块的输出电流相差较大的问题，提供一种分布式储能电池优化器SOC均衡控制方法及系统。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术提出的一种分布式储能电池优化器SOC均衡控制方法，包括如下步骤：
[0008]将电池优化器的母线输出电压与电池优化器的母线额定电压做差再通过PI控制器得到电池优化器的二次电压补偿量；
[0009]根据电池优化器的二次电压补偿量与电池优化器的母线额定电压，获取二次电压补偿后的母线电压；
[0010]根据二次电压补偿后的母线电压、动态下垂系数和电池优化器输出电流，获取电池优化器输出电压的参考值；
[0011]将电池优化器输出电压的参考值与电池优化器的母线输出电压做差再经过PI控制器和限幅器得到频率差值信号；
[0012]根据频率差值信号和CLLC谐振变换器的初始谐振频率，获取实际开关频率值，对
实际开关频率值进行脉冲频率调制，得到电池优化器功率器件的驱动信号。
[0013]优选地，电池优化器的二次电压补偿量δu的计算方法如下：
[0014][0015]其中，u
oref
为给定的电池优化器的母线额定电压，u
o
为采样得到的电池优化器的母线输出电压，k
p_b
为电压补偿PI控制器的比例控制参数，k
i_b
为电压补偿PI控制器的积分控制参数。
[0016]优选地，二次电压补偿后的母线电压u'
oref
的计算方法如下：
[0017]u'
oref
＝u
oref
+δu
[0018]其中，u
oref
为给定的电池优化器的母线额定电压，δu为电池优化器的二次电压补偿量。
[0019]优选地，电池优化器输出电压的参考值u'
orefi
如下：
[0020]u'
orefi
＝u'
oref
‑
i
oi
R
i
[0021]其中，当系统达到稳态时，电池优化器的输出电压满足u
oi
＝u'
orefi
，i
oi
为第i个电池优化器的输出电流，R
i
为动态下垂系数；
[0022]根据每个电池的荷电状态参数确定的动态下垂系数R
i
，使在充电过程中，荷电状态参数较高的电池吸收较少电能，荷电状态参数较低的电池吸收较多电能；在放电过程中，荷电状态参数较高的电池释放较多电能，荷电状态参数较低的电池释放较少电能。
[0023]优选地，根据采样得到的电池优化器输出电流i
oi
的状态判断电池状态；
[0024]在充电或放电状态下动态下垂系数R
i
的计算方法如下：
[0025]当电池优化器输出电流i
oi
<0，电池处于充电状态，动态下垂系数R
i
的公式为：
[0026]当电池优化器输出电流i
oi
>0，电池处于放电状态，动态下垂系数R
i
的公式为：
[0027]当电池优化器输出电流i
oi
＝0，此时电池优化器退出运行；
[0028]其中，R0为储能模块的初始下垂系数，选取时满足Δu
omax
为采样得到的母线输出电压允许偏差的最大值，Δu
omin
为采样得到的母线输出电压允许偏差的最小值，i
omax
是电池优化器输出电流的最大值，i
omin
是电池优化器输出电流的最小值，n为储能模块的均衡速度调节因子，SOC
i
为第i个电池优化器所连接的电池的荷电状态，A
SOC
为所有电池的荷电状态的平均值，α与β均为常数；α的取值要求为当SOC
i
的值较大时α|SOC
i
‑
A
SOC
|>10β，β的取值要求为β<1。
[0029]优选地，频率差值信号Δf的计算方法如下：
[0030][0031]其中，k
p_u
为电压环PI控制器的比例控制参数，k
i_u
为电压环PI控制器的积分控制
参数，u
o
为采样得到的电池优化器的母线输出电压，u'
orefi
为电池优化器输出电压的参考值；
[0032]电池优化器功率器件的驱动信号的实际开关频率值f
s
为：
[0033][0034]其中，为CLLC谐振变换器的初始谐振频率，Δf为频率差值信号。
[0035]优选地，对实际开关频率值进行脉冲频率调制，得到实际开关频率值下的PFM波；
[0036]对电池优化器输出电流i
oi
的状态进行检测，判断电池处于充电或放电状态：
[0037]当电池优化器输出电流i
oi
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式储能电池优化器SOC均衡控制方法，其特征在于，包括如下步骤：将电池优化器的母线输出电压与电池优化器的母线额定电压做差再通过PI控制器得到电池优化器的二次电压补偿量；根据电池优化器的二次电压补偿量与电池优化器的母线额定电压，获取二次电压补偿后的母线电压；根据二次电压补偿后的母线电压、动态下垂系数和电池优化器输出电流，获取电池优化器输出电压的参考值；将电池优化器输出电压的参考值与电池优化器的母线输出电压做差再经过PI控制器和限幅器得到频率差值信号；根据频率差值信号和CLLC谐振变换器的初始谐振频率，获取实际开关频率值，对实际开关频率值进行脉冲频率调制，得到电池优化器功率器件的驱动信号。2.根据权利要求1所述的分布式储能电池优化器SOC均衡控制方法，其特征在于，电池优化器的二次电压补偿量δu的计算方法如下：其中，u
oref
为给定的电池优化器的母线额定电压，u
o
为采样得到的电池优化器的母线输出电压，k
p_b
为电压补偿PI控制器的比例控制参数，k
i_b
为电压补偿PI控制器的积分控制参数。3.根据权利要求1所述的分布式储能电池优化器SOC均衡控制方法，其特征在于，二次电压补偿后的母线电压u'
oref
的计算方法如下：u'
oref
＝u
oref
+δu其中，u
oref
为给定的电池优化器的母线额定电压，δu为电池优化器的二次电压补偿量。4.根据权利要求1所述的分布式储能电池优化器SOC均衡控制方法，其特征在于，电池优化器输出电压的参考值u'
orefi
如下：u
′
orefi
＝u
′
oref
‑
i
oi
R
i
其中，当系统达到稳态时，电池优化器的输出电压满足u
oi
＝u'
orefi
，i
oi
为第i个电池优化器的输出电流，R
i
为动态下垂系数；根据每个电池的荷电状态参数确定的动态下垂系数R
i
，使在充电过程中，荷电状态参数较高的电池吸收较少电能，荷电状态参数较低的电池吸收较多电能；在放电过程中，荷电状态参数较高的电池释放较多电能，荷电状态参数较低的电池释放较少电能。5.根据权利要求4所述的分布式储能电池优化器SOC均衡控制方法，其特征在于，根据采样得到的电池优化器输出电流i
oi
的状态判断电池状态；在充电或放电状态下动态下垂系数R
i
的计算方法如下：当电池优化器输出电流i
oi
<0，电池处于充电状态，动态下垂系数R
i
的公式为：当电池优化器输出电流i
oi
>0，电池处于放电状态，动态下垂系数R
i
的公式为：
当电池优化器输出电流i
oi
＝0，此时电池优化器退出运行；其中，R0为储能模块的初始下垂系数，选取时满足Δu
omax
为采样得到的母线输出电压允许偏差的最大值，Δu
omin
为采样得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾要勤，赵蔚玮，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：