[發明專利]一種適用于多模塊電池模組荷電狀態均衡的調制方法

有效

• 申請號: 201711205893.3
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN108092352B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 陳國柱;李新;胡耀威;邵雨亭;楊苒晨;劉國梁
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 33224 杭州天勤知識產權代理有限公司
• 代理人: 王琛

本發明公開了一種適于多模塊電池模組荷電狀態均衡的調制方法，包括：(1)在一個計算周期開始采集子模塊電池模組的SOC以及電壓、電流信息；(2)由電壓信息及控制輸出參考電壓信號確定投入的模塊數目；(3)對儲能系統各電池模組SOC進行降序排序，根據系統運行狀態以及SOC均衡關系，確定投入模塊的編號及投入狀態。與現有調制方法相比，本發明提出的調制方法降低儲能系統開關損耗，保證儲能系統輸出電壓、電流的THD滿足要求，可運用于單相和三相系統中；同時在調制過程中本發明調制方法可實現模塊電池模組SOC的自動均衡，控制系統的復雜度降低，且SOC均衡控制與功率控制不存在耦合。

技術領域

本發明屬于電平調制技術領域，具體涉及一種適用于多模塊電池模組荷電狀態均衡的調制方法。

背景技術

新能源發電場、微電網的規模擴大以及城市電網調峰調頻需求能力增加，分布式儲能容量小、電壓等級也較低，電池儲能系統向大容量化、高接入電壓方向發展?；诩壜摱嚯娖酵負涞膬δ芟到y由于具有模塊化特點，通過級聯級數的增加，在增大儲能系統單機容量的同時可實現系統直接接入電網，在大規模儲能系統中逐漸得到認可和應用。

在采用級聯型拓撲的儲能系統中，儲能電池置于各子模塊的直流側，在系統運行過程中，儲能電池自身的不一致性將導致各電池模塊SOC(State of Charge，荷電狀態，也叫剩余電量，代表的是電池使用一段時間或長期擱置不用后的剩余容量與其完全充電狀態容量的比值，常用百分數表示，其取值范圍為0～1，當SOC＝0時表示電池放電完全，當SOC＝1時表示電池完全充滿)失去平衡。在無任何SOC均衡處理時，SOC的失衡將進一步造成電池模組不同程度的過充與過放，嚴重影響儲能系統整體的壽命。同時SOC不均衡導致的過充與過放會造成電池過熱，降低儲能系統的安全性、可靠性。因此，電池模組的SOC均衡處理對級聯型儲能系統至關重要。

現有級聯型儲能系統的電池SOC均衡處理方法主要是在系統的控制部分疊加反映電池模組SOC偏差的信號，但該種處理方法會導致控制調制信號的畸變，尤其是在電池模塊SOC偏差較大的情況下，疊加的偏差信號有可能造成子模塊輸出電壓/電流過高。

載波移相脈沖寬度調制方法(CPS-PWM)通過各子模塊輸出波形的移相疊加，其等效開關頻率高、諧波含量少，在級聯型多電平拓撲的調制中的到廣泛應用?，F有級聯型儲能系統多采用CPS-PWM作為系統主電路的調制方法，其所需調制波數量較多，占用較多的軟硬件資源，尤其是在儲能系統電壓等級較高情況下，即所需級聯模塊數較多時，CPS-PWM調制方法存在移相角較小、精度要求實現困難的問題。

發明內容

鑒于上述，本發明提供了一種適用于多模塊電池模組荷電狀態均衡的調制方法，其能夠在級聯型儲能系統調制過程中實現各電池模塊SOC的均衡處理，且在滿足低諧波含量的同時降低系統的整體開關頻率，實現儲能系統高效率、高安全性運行。

一種適用于多模塊電池模組荷電狀態均衡的調制方法，包括如下步驟：

(1)采集儲能系統中各電池模塊的SOC以及直流側電壓；

(2)對各電池模塊按SOC進行降序排列；

(3)基于各電池模塊的直流側電壓，確定當前控制周期內系統應投入的電池模塊數量n；

(4)根據系統當前的充放電狀態、應投入的電池模塊數量n以及電池模塊的降序隊列，確定當前控制周期系統中具體所要投入的電池模塊并對其進行調制。

進一步地，所述步驟(3)的具體實現方法為：首先，計算電池模塊的直流側電壓平均值E；然后，根據以下算式計算確定當前控制周期內系統應投入的電池模塊數量n：

其中：floor()表示向下取整函數，u_ref為系統前級控制輸出的參考電壓信號。

進一步地，所述步驟(4)的具體實現方法如下：