一種mmc電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相內(nèi)soc均衡方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種MMC電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相內(nèi)SOC均衡方法，儲(chǔ)能系統(tǒng)采用載波移相調(diào)制，該方法首先采集儲(chǔ)能電池SOC信息及充放電狀態(tài)，即通過(guò)電池管理系統(tǒng)采集各個(gè)功率模塊儲(chǔ)能電池的SOC信息及此時(shí)系統(tǒng)所處充放電狀態(tài)；然后調(diào)節(jié)載波幅值大小，即根據(jù)PCS系統(tǒng)所處不同狀態(tài)以及相內(nèi)各功率模塊儲(chǔ)能電池SOC的大小調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)功率模塊正向、反向接入時(shí)間比。本發(fā)明以MMC電池儲(chǔ)能系統(tǒng)為對(duì)象，通過(guò)采集電池荷電狀態(tài)，控制載波幅值實(shí)現(xiàn)相內(nèi)儲(chǔ)能電池SOC功率均衡的目的。
【專利說(shuō)明】—種MMC電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相內(nèi)SOC均衡方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池儲(chǔ)能領(lǐng)域，應(yīng)用于儲(chǔ)能電站、風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)等大規(guī)模電池儲(chǔ)能的場(chǎng)合，具體地，涉及一種MMC電池儲(chǔ)能系統(tǒng)載波移相調(diào)制相內(nèi)SOC均衡方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放，其主要組成部分包括儲(chǔ)能電池和儲(chǔ)能變流系統(tǒng)(Power Conversion System-PCS)0 PCS主要實(shí)現(xiàn)充放電控制、功率調(diào)節(jié)等功能。基于MMC結(jié)構(gòu)的電池儲(chǔ)能變流系統(tǒng)由于引入了多電平技術(shù)，減小電力電子器件上的電壓應(yīng)力；并且因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，每個(gè)電池組可以相對(duì)獨(dú)立的控制，從而容易實(shí)現(xiàn)各個(gè)電池組之間的SOC均衡；系統(tǒng)同時(shí)擁有直流和交流接口的特殊結(jié)構(gòu)，可同時(shí)連接直流電網(wǎng)與交流電網(wǎng)，在交直流配電領(lǐng)域?qū)⒂休^大的應(yīng)用潛力。
[0003]儲(chǔ)能系統(tǒng)的均衡控制對(duì)于保證儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行壽命至關(guān)重要。在MMC電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，由于每個(gè)功率模塊的儲(chǔ)能電池本身的差異以及可能出現(xiàn)的維護(hù)、更新等原因，同一相內(nèi)不同功率模塊的儲(chǔ)能電池單元之間的荷電狀態(tài)SOC可能不同，為了最大限度利用儲(chǔ)能系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量和保證電池壽命，需要對(duì)相內(nèi)不同功率模塊儲(chǔ)能電池單元的SOC進(jìn)行均衡控制。均衡控制策略與儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)制方法緊密相關(guān)。MMC電池儲(chǔ)能系統(tǒng)若采用載波移相調(diào)制方式，則由載波移相調(diào)制本質(zhì)上決定了，在各個(gè)功率模塊載波調(diào)制比、端口電壓、電池SOC相同的情況下，各個(gè)功率模塊一個(gè)工頻周期內(nèi)充電或放電功率相同，即對(duì)于各個(gè)功率模塊SOC本身就均衡的情況，不需要額外的均衡算法來(lái)進(jìn)行各個(gè)功率模塊充放電功率的平衡。但對(duì)于各個(gè)功率模塊SOC本身就不一致的情況下，如何通過(guò)載波移相調(diào)制實(shí)現(xiàn)相內(nèi)不同功率模塊間的SOC均衡控制尚未見文獻(xiàn)公開報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種MMC電池儲(chǔ)能系統(tǒng)載波移相調(diào)制相內(nèi)SOC均衡方法。
[0005]本發(fā)明中，MMC電池儲(chǔ)能系統(tǒng)采用雙調(diào)制波載波移相調(diào)制策略進(jìn)行SPWM控制，其中一個(gè)調(diào)制波I用于上橋臂功率模塊PWM輸出，另一調(diào)制波2用于下橋臂功率模塊PWM輸出。上下橋臂內(nèi)各個(gè)功率模塊載波三角波的初相位α應(yīng)依次超前2 π/N，同時(shí)上下橋臂對(duì)應(yīng)功率模塊在一個(gè)載波周期內(nèi)也存在一個(gè)相位差η/N。即第一個(gè)功率模塊載波三角波Ua的初相位角Ci1 = Ot1,上橋臂第二個(gè)功率模塊載波三角波Uc2的初相位角α 2 = (2-1) 2 π /
N，第三個(gè)功率模塊載波三角波Uc3的初相位角α 3 = (3-1) 2 /N......第N個(gè)功率模塊載
波三角波Ura的初相位角Cin= (N-1) 2 π/N。而下橋臂第一個(gè)功率模塊載波三角波U。(Ν+1)的初相位角α2= (2-1) π/N，下橋臂第二個(gè)功率模塊載波三角波U。(Ν+2)的初相位角Ci2 =
(4-1) π/N，第三個(gè)功率模塊載波三角波U。(Ν+3)的初相位角α3= (6-1) π/N......第N個(gè)
功率模塊載波三角波Uc (2Ν)的初相位角α N = (2N-1) Ji /N，調(diào)制原理圖如圖3所示。對(duì)于2N個(gè)功率模塊級(jí)聯(lián)系統(tǒng)需要2N個(gè)三角載波進(jìn)行調(diào)制，每個(gè)三角載波對(duì)應(yīng)于一個(gè)功率模塊，且最大輸出電平數(shù)為N+1的階梯波。
[0006]本發(fā)明根據(jù)各個(gè)功率模塊儲(chǔ)能電池的SOC分布，設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)值S0CK，按照各個(gè)功率模塊儲(chǔ)能電池的SOC與基準(zhǔn)值SOCk關(guān)系，改變各個(gè)功率模塊的載波幅值，從而實(shí)現(xiàn)控制SOC不同的功率模塊充放電功率不同的目的，最終實(shí)現(xiàn)一相內(nèi)各個(gè)功率模塊對(duì)應(yīng)儲(chǔ)能電池SOC的均衡。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種MMC電池儲(chǔ)能系統(tǒng)載波移相調(diào)制相內(nèi)SOC均衡方法，該方法首先采集儲(chǔ)能電池SOC信息及充、放電狀態(tài)，即通過(guò)電池管理系統(tǒng)采集各個(gè)功率模塊儲(chǔ)能電池的SOC信息及此時(shí)系統(tǒng)所處充、放電狀態(tài)；計(jì)算各個(gè)功率模塊的載波幅值，即根據(jù)PCS系統(tǒng)所處不同狀態(tài)以及相內(nèi)各功率模塊儲(chǔ)能電池SOC與基準(zhǔn)值SOCk的差值調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)載波幅值大小。
[0008]具體的，所述方法分充、放電兩種狀態(tài)，通過(guò)從電池管理系統(tǒng)獲得的功率模塊儲(chǔ)能電池S0C，計(jì)算各個(gè)功率模塊載波幅值，具體步驟如下:
[0009](I)獲取功率模塊儲(chǔ)能電池SOC信息:通過(guò)電池管理系統(tǒng)采集各個(gè)功率模塊儲(chǔ)能電池的SOC信息以及充放電狀態(tài)；
[0010](2)根據(jù)相內(nèi)各個(gè)功率模塊SOC大小設(shè)定基準(zhǔn)值SOCk ；
[0011](3)根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)充、放電狀態(tài)，及與基準(zhǔn)值SOCk的關(guān)系，計(jì)算各個(gè)功率模塊的載波幅值；
[0012]A:系統(tǒng)處于放電狀態(tài)
[0013]若某個(gè)功率模塊SOC小于基準(zhǔn)值SOCk，則減小該模塊的載波幅值，若大于基準(zhǔn)值SOCk，則增大該模塊的載波幅值；
[0014]B:系統(tǒng)處于充電狀態(tài)
[0015]若某個(gè)功率模塊SOC小于基準(zhǔn)值SOCk，則減小該模塊的載波幅值，若大于基準(zhǔn)值SOCe,則增大該模塊的載波幅值。
[0016]優(yōu)選地，步驟⑵中，設(shè)所采集的2N個(gè)功率模塊儲(chǔ)能電池的SOC為=SOC1, SOC2,
SOC3,......，SOC2n,按照由低到高順序進(jìn)行排列，根據(jù)SOC分布，設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)值S0CK，并設(shè)
置一個(gè)不動(dòng)作區(qū)間，若功率模塊SOC在此區(qū)間內(nèi)，則該模塊相內(nèi)均衡控制策略不啟用。若在此區(qū)間之外，則該功率模塊啟用相內(nèi)均衡控制策略，通過(guò)計(jì)算調(diào)整其對(duì)應(yīng)載波幅值。
[0017]優(yōu)選地，步驟⑶中:
[0018]A:系統(tǒng)處于放電狀態(tài)
[0019]如系統(tǒng)處于放電狀態(tài)，若某個(gè)功率模塊SOC小于SOCk,則減小該模塊的載波幅值，減小反向接入時(shí)間，即少放電；若某個(gè)功率模塊SOC大于SOCk，則增大該模塊的載波幅值，增加反向接入時(shí)間，即多放電，最終使一相上各個(gè)功率模塊SOC均衡；
[0020]B:系統(tǒng)處于充電狀態(tài)
[0021]如系統(tǒng)處于充電狀態(tài)，若某個(gè)功率模塊SOC小于S0CK，則減小該模塊的載波幅值，增加正向接入時(shí)間，即多充電；若某個(gè)功率模塊SOC大于SOCk，則增大該模塊的載波幅值，減小正向接入時(shí)間，即少充電，最終使一相上各個(gè)功率模塊SOC均衡。
[0022]本發(fā)明根據(jù)各個(gè)功率模塊儲(chǔ)能電池的S0C，按照從低到高進(jìn)行排序，設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)值S0CK，根據(jù)各個(gè)功率模塊儲(chǔ)能電池的SOC與基準(zhǔn)值SOCk差值，計(jì)算各個(gè)功率模塊載波的幅值大小，從而實(shí)現(xiàn)控制SOC不同的功率模塊充放電功率不同的目的，最終實(shí)現(xiàn)一相內(nèi)各個(gè)功率模塊內(nèi)儲(chǔ)能電池SOC的均衡。不平衡模塊載波計(jì)算公式為UcxX [1-KX (SOCe-SOCx)],其中Ucx為未加相內(nèi)均衡控制策略前功率模塊X的載波，K為均衡系數(shù)，具體取值取決于要求均衡速度以及器件允許流過(guò)最大電流，SOCx為不均衡模塊X的電池SOC值。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0024] 本發(fā)明以MMC電池儲(chǔ)能系統(tǒng)為對(duì)象，通過(guò)采集電池荷電狀態(tài)，控制載波幅值實(shí)現(xiàn)相內(nèi)儲(chǔ)能電池SOC功率均衡的目的；本發(fā)明可以消除因功率模塊SOC本身不一致導(dǎo)致的不良后果，且對(duì)相內(nèi)SOC均衡有較快的反應(yīng)速度。
[0025]同時(shí)由于本方案只是改變載波的幅值，并不會(huì)改變?cè)撃K的輸出電壓，同時(shí)，不均衡模塊內(nèi)儲(chǔ)能電池的充放電電流最大值為基準(zhǔn)模塊內(nèi)充放電電流的峰峰值，即不會(huì)改變一相上的流經(jīng)電流值和直流側(cè)電流。http://192.168.1.19:9088/TifImagePage.aspx?patentType=FM&pubDate=20140129&appNumber=201310433246.3&pageNumber=6【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0027]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例單個(gè)功率模塊電路拓?fù)洌?br> [0028]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例一相2N個(gè)功率模塊MMC電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電路拓?fù)洌?br> [0029]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例一相2N個(gè)功率模塊雙調(diào)制波載波移相調(diào)制策略原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0031]以下在
【發(fā)明內(nèi)容】
提供的技術(shù)方案基礎(chǔ)上，給出本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)描述:
[0032]1.一個(gè)單相16個(gè)功率模塊MMC電池儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)?
[0033]如圖1所示為單個(gè)功率模塊電路拓?fù)洌蓛?chǔ)能電池、電容以及一個(gè)半橋逆變器組成；如圖2所示為一個(gè)單相16個(gè)功率模塊級(jí)聯(lián)MMC電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電路拓?fù)?，共分為abc三相，每相PCS由16個(gè)功率模塊級(jí)聯(lián)而成，分為上下兩個(gè)橋臂，三相PCS可以直接或通過(guò)連接電感直掛220V工頻電網(wǎng)。整個(gè)系統(tǒng)參數(shù)如表1所示:
[0034]表1系統(tǒng)電路及元器件參數(shù)
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種MMC電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相內(nèi)SOC均衡方法，其特征在于，所述系統(tǒng)采用載波移相調(diào)制，所述方法分充放電兩種狀態(tài)，通過(guò)從電池管理系統(tǒng)獲得的功率模塊內(nèi)儲(chǔ)能電池S0C，確定SOC基準(zhǔn)值，再根據(jù)PCS系統(tǒng)所處不同狀態(tài)以及相內(nèi)各功率模塊儲(chǔ)能電池SOC的大小調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)載波幅值，具體步驟如下: (1)獲取功率模塊儲(chǔ)能電池SOC信息:通過(guò)電池管理系統(tǒng)采集各個(gè)功率模塊儲(chǔ)能電池的SOC信息以及充放電狀態(tài)； (2)根據(jù)相內(nèi)各個(gè)功率模塊SOC大小設(shè)定基準(zhǔn)值SOCk； 設(shè)所采集的2N個(gè)功率模塊儲(chǔ)能電池的SOC為=SOC1, SOC2, SOC3,......，SOC2n，按照由低到高順序進(jìn)行排列，根據(jù)SOC分布，設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)值S0CK，并設(shè)置一個(gè)不動(dòng)作區(qū)間，若功率模塊SOC在此區(qū)間內(nèi)，則該模塊相內(nèi)均衡控制策略不啟用；若在此區(qū)間之外，則該功率模塊啟用相內(nèi)均衡控制策略，通過(guò)計(jì)算調(diào)整其對(duì)應(yīng)載波幅值； (3)根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)充、放電狀態(tài)，調(diào)整各個(gè)功率模塊的載波幅值大小； A:系統(tǒng)處于放電狀態(tài) 若某個(gè)功率模塊SOC小于S0CK，則減小該模塊的載波幅值，減小反向接入時(shí)間，即少放電；若某個(gè)功率模塊SOC大于SOCk，則增大該模塊的載波幅值，增加反向接入時(shí)間，即多放電，最終使一相上各個(gè)功率模塊SOC均衡； B:系統(tǒng)處于充電狀態(tài) 若某個(gè)功率模塊SOC小于SOCk，則減小該模塊的載波幅值，增加正向接入時(shí)間，即多充電；若某個(gè)功率模塊SOC大于S OCk，則增大該模塊的載波幅值，減小正向接入時(shí)間，即少充電，最終使一相上各個(gè)功率模塊SOC均衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MMC電池儲(chǔ)能系統(tǒng)載波移相調(diào)制相內(nèi)SOC均衡方法，其特征在于，步驟(2)中，需要在基準(zhǔn)值SOCk附近設(shè)定一個(gè)不動(dòng)作區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)功率模塊，視為SOC相同；而在此區(qū)間外功率模塊，根據(jù)充放電狀態(tài)及與基準(zhǔn)值SOCk差值，計(jì)算該模塊載波幅值，具體實(shí)現(xiàn)通過(guò)改變正反向接入時(shí)間比，即改變充放電能量比，最終使一相上各功率模塊SOC均衡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的MMC電池儲(chǔ)能系統(tǒng)載波移相調(diào)制相內(nèi)SOC均衡方法，其特征在于，步驟(3)中: A:系統(tǒng)處于放電狀態(tài) 如系統(tǒng)處于放電狀態(tài)，根據(jù)載波移相調(diào)制的原理，在放電時(shí)，通過(guò)減小模塊的載波幅值，可以減小該模塊的反向接入時(shí)間，即減小模塊內(nèi)儲(chǔ)能電池放電時(shí)間；通過(guò)增大模塊的載波幅值，可以增加該模塊的反向接入時(shí)間，即增加模塊內(nèi)儲(chǔ)能電池放電時(shí)間； B:系統(tǒng)處于充電狀態(tài) 如系統(tǒng)處于充電狀態(tài)，在充電時(shí)，通過(guò)減小模塊的載波幅值，可以增加該模塊的正向接入時(shí)間，即增加模塊內(nèi)儲(chǔ)能電池充電時(shí)間；通過(guò)增大模塊的載波幅值，可以減小該模塊的正向接入時(shí)間，即減小模塊內(nèi)儲(chǔ)能電池充電時(shí)間； 根據(jù)各個(gè)功率模塊儲(chǔ)能電池的S0C，按照與基準(zhǔn)值SOCk差值，計(jì)算各個(gè)功率模塊載波的幅值大小，從而實(shí)現(xiàn)控制SOC不同的功率模塊充放電功率不同的目的，最終實(shí)現(xiàn)一相內(nèi)各個(gè)功率模塊內(nèi)儲(chǔ)能電池SOC的均衡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MMC電池儲(chǔ)能系統(tǒng)載波移相調(diào)制相內(nèi)SOC均衡方法，其特征在于，不均衡模塊對(duì)應(yīng)載波的計(jì)算公式為UcxX [1-KX (SOCk-SOCx)],其中Ua為未加相內(nèi)均衡策略前功率模塊X的載波，K為均衡系數(shù)，具體取值取決于要求均衡速度以及器件允許流過(guò)最大電流，SOCx為不均 衡模塊X的電池SOC值。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK103545877SQ201310433246
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】凌志斌, 王藝翰, 曹陽(yáng), 馬勤冬, 李碩 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)