增減模塊實現mmc電池儲能系統相內soc均衡的方法
【專利摘要】本發明提供了一種增減模塊實現MMC電池儲能系統相內SOC均衡的方法，該方法首先采集儲能電池SOC信息及充放電狀態，即通過電池管理系統采集各個功率模塊儲能電池的SOC信息及此時系統所處充放電狀態；然后調節一相內各個功率模塊的工作狀態，即根據PCS系統所處不同狀態以及相內各功率模塊儲能電池SOC的大小調節對應功率模塊強制接入或強制旁路時間周期占空比。本發明以MMC電池儲能系統為對象，通過采集電池荷電狀態，控制一相內各個功率模塊強制接入或強制旁路時間以實現相內儲能電池SOC功率均衡的目的。
【專利說明】增減模塊實現MMC電池儲能系統相內SOC均衡的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電池儲能領域，具體地，涉及一種增減模塊實現MMC電池儲能系統相內SOC均衡的方法，應用于儲能電站、風儲系統等大規模電池儲能的場合。
【背景技術】
[0002]電池儲能系統主要實現能量的存儲和釋放，其主要組成部分包括儲能電池和儲能變流系統(Power Conversion System-PCS)0 PCS主要實現充放電控制、功率調節等功能。基于MMC結構的電池儲能變流系統由于引入了多電平技術，減小電力電子器件上的電壓應力；并且因為結構上的優勢，每個電池組可以相對獨立的控制，從而容易實現各個電池組之間的SOC均衡；系統同時擁有直流和交流接口的特殊結構，可同時連接直流電網與交流電網，在交直流配電領域將有較大的應用潛力。
[0003]儲能系統的均衡控制對于保證儲能系統的運行壽命至關重要。在MMC電池儲能系統中，由于每個功率模塊的儲能電池本身的差異以及可能出現的維護、更新等原因，同一相內不同功率模塊的儲能電池單元之間的荷電狀態SOC可能不同，為了最大限度利用儲能系統的存儲容量和保證電池壽命，需要對相內不同功率模塊儲能電池單元的SOC進行均衡控制。目前的MMC控制策略，主要是應用于各個功率模塊SOC本身就均衡的情況下，通過控制策略來實現充放電過程中各個功率模塊SOC仍保持均衡。但對于各個功率模塊SOC本身就不一致的情況下，如何通過額外方法實現相內不同功率模塊間的SOC均衡控制尚未見文獻公開報道。
【發明內容】
[0004]針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種增減模塊實現MMC電池儲能系統相內SOC均衡的方法，實現相內不同功率模塊間的SOC均衡控制。
[0005]本發明根據各個功率模塊儲能電池的SOC分布，設定一個基準值S0CK，按照各個功率模塊儲能電池的SOC與基準值SOCk關系，確定各個功率模塊的工作狀態，并計算各工作狀態內具體分布時間比，即強制接入或強制旁路時間周期占空比，從而實現控制SOC不同的功率模塊充放電功率不同的目的，最終實現一相內各個功率模塊對應儲能電池SOC的均衡。
[0006]為實現上述目的，本發明提供一種MMC電池儲能系統相內SOC均衡方法，該方法首先采集儲能電池SOC信息及充、放電狀態，即通過電池管理系統采集各個功率模塊儲能電池的SOC信息及此時系統所處充、放電狀態；確定各個功率模塊的工作狀態，即根據PCS系統所處不同狀態以及相內各功率模塊儲能電池SOC與基準值SOCk的差值有三種不同的工作狀態:正常工作狀態、強制接入工作狀態、強制旁路工作狀態。
[0007]具體的，所述方法分充、放電兩種狀態，通過從電池管理系統獲得的功率模塊儲能電池S0C，確定各個功率模塊工作狀態，具體步驟如下:
[0008](I)獲取功率模塊儲能電池SOC信息:通過電池管理系統采集各個功率模塊儲能電池的SOC信息以及充放電狀態；
[0009](2)根據相內各個功率模塊SOC大小設定基準值SOCk ；
[0010](3)根據儲能系統充、放電狀態，及與基準值SOCk的關系，確定各個功率模塊的工作狀態，并計算各工作狀態內具體分布時間比，即強制接入或強制旁路時間周期占空比；
[0011]A:系統處于放電狀態
[0012]若某個功率模塊SOC小于基準值S0CK，則將該模塊進入強制旁路工作狀態，若大于基準值S0CK，則將該模塊進入強制接入工作狀態；
[0013]B:系統處于充電狀態
[0014]若某個功率模塊SOC小于基準值S0CK，則將該模塊進入強制接入工作狀態，若大于基準值S0CK，則將該模塊進入強制旁路工作狀態。
[0015]優選地，步驟⑵中，設所采集的2N個功率模塊儲能電池的SOC為=SOC1, SOC2,SOC3,……，SOC2n，按照由低到高順序進行排列，根據SOC分布，設定一個基準值SOCk，并設置一個不動作區間，若功率模塊SOC在此區間內，則該模塊相內均衡控制策略不啟用，即該模塊處于正常工作狀態。若在此區間之外，則該功率模塊啟用相內均衡控制策略，通過計算調整其對應模塊工作狀態，分為兩種:強制接入工作狀態和強制旁路工作狀態。
[0016]優選地，步驟⑶中:
[0017]A:系統處于放電狀態
[0018]如系統處于放電狀態，若功率模塊X內電池SOC值S0Cx〈S0CK，則該模塊進入強制旁路工作狀態，其強制旁路時間為TX [KX (SOCk-SOCx)];若功率模塊x內電池SOC值S0Cx>S0CK，則該模塊進入強制接入工作狀態，其強制接入時間為TX [KX (SOCx-SOCe)]；
[0019]B:系統處于充電狀態
[0020]如系統處于充電狀態，若功率模塊X內電池SOC值S0Cx〈S0CK，則該模塊進入強制接入工作狀態，其強制接入時間為TX [KX (SOCe-SOCx)];若功率模塊x內電池SOC值S0Cx>S0CK，則該模塊進入強制旁路工作狀態，其強制旁路時間為TX [KX (SOCx-SOCe)]；
[0021]其中K為均衡系數，具體取值取決于以下三點:1)要求均衡速度；2)器件允許流過最大電流；3)充放電電流控制目標，T為開關周期，SOCx為不均衡模塊X的電池SOC值。
[0022]本發明根據各個功率模塊儲能電池的S0C，按照從低到高進行排序，設定一個基準值S0CK，根據各個功率模塊儲能電池的SOC與基準值SOCk差值，確定各個功率模塊載波的工作狀態，并計算各工作狀態內具體分布時間比，即強制接入或強制旁路時間周期占空比，從而實現控制SOC不同的功率模塊充放電功率不同的目的，最終實現一相內各個功率模塊內儲能電池SOC的均衡。
[0023]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
[0024]本發明以MMC電池儲能系統為對象，通過采集電池荷電狀態，調整模塊工作狀態以實現相內儲能電池SOC功率均衡的目的；本發明可以消除因功率模塊SOC本身不一致導致的不良后果，且對相內SOC均衡有較快的反應速度。
[0025]同時由于本方案與MMC電池儲能系統采用的具體調制策略關系不大，可以適用于多種調制策略，譬如載波移相調制、載波層疊調制、階梯波調制均可采用本方案的相內均衡控制策略。【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0027]圖1為本發明一實施例單個功率模塊電路拓撲；
[0028]圖2為本發明一實施例一相2N個功率模塊MMC電池儲能系統電路拓撲；
[0029]圖3為本發明一實施例MMC電池儲能系統相內均衡控制策略原理圖(框內部分)。
【具體實施方式】
[0030]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0031]以下在
【發明內容】
提供的技術方案基礎上，給出本發明實施例的詳細描述:
[0032]1.一個單相16個功率模塊MMC電池儲能系統拓撲:
[0033]如圖1所示為單個功率模塊電路拓撲，由儲能電池、電容以及一個半橋逆變器組成；如圖2所示為一個單相16個功率模塊級聯MMC電池儲能系統電路拓撲，共分為abc三相，每相PCS由16個功率模塊級聯而成，分為上下兩個橋臂，三相PCS可以直接或通過連接電感直掛220V工頻電網。整個系統參數如表1所示:
[0034]表1系統電路及元器件參數
[0035]
【權利要求】
1.一種增減模塊實現MMC電池儲能系統相內SOC均衡的方法，其特征在于，所述方法分充放電兩種狀態，通過從電池管理系統獲得的功率模塊內儲能電池S0C，確定SOC基準值，再根據PCS系統所處不同狀態以及相內各功率模塊儲能電池SOC的大小調節對應模塊的工作狀態，具體步驟如下: (1)獲取功率模塊儲能電池SOC信息:通過電池管理系統采集各個功率模塊儲能電池的SOC信息以及充放電狀態； (2)根據相內各個功率模塊SOC大小設定基準值SOCk； 設所采集的2N個功率模塊儲能電池的SOC為:SOC1, SOC2, SOC3,……，SOC2n，按照由低到高順序進行排列，根據SOC分布，設定一個基準值S0CK，并設置一個不動作區間，若功率模塊SOC在此區間內，則該模塊相內均衡控制策略不啟用，即該模塊處于正常工作狀態；若在此區間之外，則該功率模塊啟用相內均衡控制策略，通過計算調整其對應模塊工作狀態，分為兩種:強制接入工作狀態和強制芳路工作狀態； (3)根據儲能系統充、放電狀態，調整各個功率模塊的工作狀態； A:系統處于放電狀態 若某個功率模塊SOC小于S0CK，則將該模塊進入強制旁路狀態，減小該模塊接入級聯系統時間，即少放電；若某個功率模塊SOC大于S0CK，則將該模塊進入強制接入狀態，增加該模塊接入級聯系統時間，即多放電，最終使一相上各個功率模塊SOC均衡； B:系統處于充電狀態 若某個功率模塊SOC小于S0CK，則將該模塊進入強制接入狀態，增加該模塊接入級聯系統時間，即多充電；若某個功率模塊SOC大于SOCk，則將該模塊進入強制旁路狀態，減小該模塊接入級聯系統時間，即少充電，最終使一相上各個功率模塊SOC均衡。
2.根據權利要求1所述的增減模塊實現MMC電池儲能系統相內SOC均衡的方法，其特征在于，步驟(2)中，需要在基準值SOCk附近設定一個不動作區間，在此區間內功率模塊，視為SOC相同；而在此區間外功率模塊，根據充放電狀態及與基準值SOCk差值，確定該模塊工作狀態，具體實現通過改變該模塊強制接入或強制旁路時間周期占空比，即改變該模塊充放電能量，最終使一相上各功率模塊SOC均衡。
3.根據權利要求1或2所述的增減模塊實現MMC電池儲能系統相內SOC均衡的方法，其特征在于，步驟(3)中: A:系統處于放電狀態 如系統處于放電狀態，若功率模塊X內電池SOC值S0Cx〈S0CK，則該模塊進入強制旁路工作狀態，其強制旁路時間為TX [KX (SOCe-SOCx)];若功率模塊x內電池SOC值S0Cx>S0CK，則該模塊進入強制接入工作狀態，其強制接入時間為TX [KX (SOCx-SOCe)]； B:系統處于充電狀態 如系統處于充電狀態，若功率模塊X內電池SOC值S0Cx〈S0CK，則該模塊進入強制接入工作狀態，其強制接入時間為TX [KX (SOCe-SOCx)];若功率模塊x內電池SOC值S0Cx>S0CK，則該模塊進入強制旁路工作狀態，其強制旁路時間為TX [KX (SOCx-SOCe)]； 其中K為均衡系數，具體取值取決于以下三點:1)要求均衡速度；2)器件允許流過最大電流；3)充放電電流控制目標，T為開關周期，SOCx為不均衡模塊X的電池SOC值； 根據各個功率模塊儲能電池的S0C，按照與基準值SOCk差值，確定各個功率模塊的工作狀態，并計算各工作狀態內具體分布時間比，即強制接入或強制旁路時間周期占空比，從而實現控制SOC不同 的功率模塊充放電功率不同的目的，最終實現一相內各個功率模塊內儲能電池SOC的均衡。
【文檔編號】H02J7/00GK103647310SQ201310590589
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月20日 優先權日:2013年11月20日
【發明者】凌志斌, 王藝翰, 曹陽, 馬勤冬, 李碩 申請人:上海交通大學