[發明專利]混合儲能型模塊化多電平變換器電池荷電狀態均衡方法

有效

• 申請號: 201911051027.2
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN110854947B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 李睿;韓嘯;蔡旭
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;全球能源互聯網研究院有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02M7/483
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 劉翠

本發明提供了一種混合儲能型模塊化多電平變換器電池荷電狀態均衡方法，根據儲能型模塊化多電平變換器中每個類全橋儲能子模塊電池的荷電狀態與所有類全橋儲能子模塊電池的平均荷電狀態相減，產生荷電狀態控制信號，乘上比例系數后再與電池充電電流給定值和實際值的差疊加作為PI控制器的輸入，PI控制器的輸出作為調制信號修正值，疊加到類全橋儲能子模塊與電池相連半橋的調制信號的基準值上，其中調制信號基準值為電池電壓與電容平均電壓的比值，使每個類全橋儲能子模塊電池的荷電狀態趨于一致。本發明能對類全橋儲能子模塊電池的荷電狀態進行均衡控制，提高電池容量利用率，延長系統的使用壽命。

技術領域

本發明涉及電氣自動化設備技術領域，具體地，涉及一種混合儲能型模塊化多電平變換器電池荷電狀態均衡方法。

背景技術

在現有的技術中，具有儲能功能的子模塊將電池直接并聯在子模塊電容旁，使得電池承受一倍工頻和二倍工頻的脈動電流，對電池的高效運行和全壽命周期成本不利；同時，實際工況中子模塊電容電壓一般大于1500V電壓等級，以鋰離子電池為代表的高倍率電池，基于電池荷電狀態均衡和故障保護的原因，從成本和安全考慮，很難達到如此高的串聯電壓。

公開號為106877713A的中國發明專利申請《一種具有故障穿越能力的儲能型變流器拓撲》，公開了一種具有故障穿越能力的儲能型變流器拓撲，其橋臂由半橋子模塊與類全橋儲能子模塊串聯而成。其具備直流側故障穿越能力，在直流側故障時仍然能夠儲能。

在混合儲能型模塊化多電平變換器中，由于電池特性不可避免地存在一些差異，導致各電池模組荷電狀態不一致。混合儲能型模塊化多電平變換器的電池容量利用率受電池荷電狀態最低的子模塊的限制，保持各模塊間荷電狀態一致可以提高電池容量利用率。當各功率模塊中電池模組的荷電狀態不一致時，需要對各電池模組的荷電狀態均衡控制。現有的荷電狀態均衡控制方法通過改變差分電流的直流分量、改變差分電流的基頻分量、在各模塊參考電壓中疊加單獨的交流和直流電壓分量的三級控制策略實現各電池模組的荷電狀態均衡控制，僅適用于將電池直接并聯在子模塊電容旁的拓撲，對混合儲能型模塊化多電平變換器不適用。

目前沒有發現同本發明類似技術的說明或報道，也尚未收集到國內外類似的資料。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足，本發明的目的是提供一種混合儲能型模塊化多電平變換器電池荷電狀態均衡方法，是一種電池荷電狀態均衡控制方法，該方法根據每個類全橋儲能子模塊電池的荷電狀態與所有類全橋儲能子模塊電池的平均荷電狀態相減，產生荷電狀態控制信號，乘上比例系數后再與電池充電電流給定值和實際值的差疊加作為PI控制器的輸入，PI控制器的輸出疊加到類全橋儲能子模塊與電池相連半橋的調制信號上，使每個類全橋儲能子模塊電池(電池模組)的荷電狀態趨于一致。

本發明是通過以下技術方案實現的。

一種混合儲能型模塊化多電平變換器電池荷電狀態方法，包括：

將儲能型模塊化多電平變換器中每個類全橋儲能子模塊電池的荷電狀態與所有類全橋儲能子模塊電池的平均荷電狀態相減，得到的結果作為荷電狀態控制信號；

獲取電池充電電流給定值和實際值的差，將所述荷電狀態控制信號乘上比例系數，再與所述電池充電電流給定值和實際值的差疊加，該疊加結果作為PI控制器的輸入，PI控制器的輸出作為調制信號修正值；

將所述調制信號修正值疊加到類全橋儲能子模塊與電池相連半橋的調制信號的基準值上，使每個類全橋儲能子模塊電池的荷電狀態趨于一致，其中，所述調制信號基準值為電池電壓與電容平均電壓的比值。

優選地，所述混合儲能型模塊化多電平變換器包括三個相單元，每個相單元均包括上橋臂、下橋臂、上橋臂電感和下橋臂電感；其中：