[發明專利]一種電力電子化通用電池特性模擬方法及模擬器

在審

• 申請號: 201710730851.5
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107367696A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 穆鋼;李軍徽;張天洋;嚴干貴
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所22102
• 代理人: 陳傳林

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，具體涉及一種電力電子化通用電池特性模擬方法及模擬器，用以模擬多儲能單元并網條件下真實電池組的功率外特性，適用于多種不同類型的電池。

背景技術

在實際的研究和試驗中使用真實的電池將會有成本高、維護困難、電池參數變更不靈活等問題，而且可能會有損壞電池的風險。同時對不同的電池進行研究需要高成本購買各種不同種類的電池，電池的購買和維護提高了研究成本。在儲能系統并網工作時，電池需要通過儲能變流器與交流電網相連實現功率傳輸，而實際研究中大多并不關心電池的內部機理，只關注電池的外部特性。目前已有的電池模擬器都是使用電力電子器件直接模擬電池直流端口外特性。而在研究儲能系統并網工作時，需要再通過變流器來達到與電網進行功率交換的目的。這樣做不僅使儲能實驗系統結構復雜、控制難度增加而且提高了實驗系統的成本。以電網連接儲能系統的角度來分析，一般只關注電網與儲能系統的功率傳輸，即、變流器與電網接口處有功功率的傳輸情況。從這一角度來看，并不需要模擬變流器直流側實際與電池連接點處的電池外特性。而目前的電池模擬器大多是對單一電池原型的模擬，無法擴展成一種通用的電池模擬器。

發明內容

本發明的構思基礎是，當把變流器與電池整體看作一個儲能單元時，這個儲能單元與電網之間只是有功功率之間的交換關系。因為電網的電壓是一定的，因此只要控制儲能單元的電流，就可以實現與電網的目標功率的交換。以此為思路使用電力電子器件搭建電力電子電路，通過對電路進行控制使其網側功率按照需要模擬的電池的功率曲線進行傳輸以實現模擬真實電池的工作狀態。而通用電池模擬器可模擬多種電池的外特性，具有減少研究成本、加快研究進度、便于靈活改變電池參數等優點。

本發明的目的是，克服現有技術的不足，提供一種科學合理，成本低，適用性強，效果佳，可模擬多種電池外特性，能夠應用于并網大規模電池儲能系統的電力電子化通用電池特性模擬方法，并提供實現所述模擬方法所必須使用的，結構簡單、使用方便、參數可調、實用性好的模擬器。

本發明的目的是由以下技術方案來實現的：一種電力電子化通用電池特性模擬方法,其特征是，它包括以下步驟：

(1)設置電池模擬器的初始狀態和參數，包括電池類型、電池充放電模式、荷電狀態SOC、電池容量C、電池健康度SOH和倍率；

(2)根據電池模擬器設定的初始工作狀態和參數設定電池模擬器有功功率參考值P_ref；

(3)以電池模擬器有功功率參考值P_ref、電池模擬器無功功率參考值Q_ref為給定值，電池模擬器輸出有功功率P、電池模擬器輸出無功功率Q為反饋量對模擬器進行雙閉環反饋控制；

(4)采用雙閉環反饋控制的輸出作為調制信號產生正弦脈寬調制波SPWM，利用正弦脈寬調制波SPWM控制模擬器使電池模擬器輸出有功功率P等于電池模擬器有功功率參考值P_ref，電池模擬器輸出無功功率Q等于電池模擬器無功功率參考值Q_ref；

(5)測量電池模擬器直流側當前的輸出直流電壓U_dc和輸出直流電流I_dc，依據輸出直流電流I_dc、輸出直流電壓U_dc、電池容量C和上一個模擬周期的SOC更新當前的SOC；

(6)根據當前SOC，對應實際電池參數對應關系，得到當前直流側虛擬電壓U’、直流側虛擬電流I’；

(7)重復步驟(2)～(6)直到模擬結束。

所述的電池模擬器包括：三相電壓型PWM變流器的驅動輸入端依次連接IGBT驅動電路、控制電路和測量電路；三相電壓型PWM變流器的三個交流接口作為整個電池模擬器與電網的接口，實現電池模擬器與電網之間的有功功率和無功功率交換控制；三相電壓型PWM變流器的直流輸出端依次連接直流側電容C_dc、三相電壓型PWM變流器，直流側電容C_dc接在三相電壓型PWM變流器與三相電壓型PWM變流器之間為變流器提供電壓支撐并減少直流側諧波，三相電壓型PWM變流器直流側接直流側電容C_dc，交流側接三相電網實現交直流變換的功能，電抗器L₁、L₂用于濾除電流諧波，變流器串聯及線路的損耗用等效電阻R₁、R₂表示。