H橋級聯儲能系統的均衡電流控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電池儲能技術領域，特別一種H橋級聯儲能系統的均衡電流控制方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著智能電網的發展，大量的可再生能源并入到了電網當中。然而，由于可再生能 源的隨機性和不穩定性，在交流電網或直流電網系統中常加入一定容量的儲能裝置W達到 平抑可再生能源接入電網所帶來的功率波動，提高供電可靠性，改善電能質量的目的。電池 儲能系統一般由儲能電池和大功率的儲能功率轉換系統（PC巧兩部分組成。傳統的電池模 塊一般將電池單體直接進行串并聯，再加入簡單的均衡和保護電路，在過充或過放的時候 將電池模塊切除。因此該種方案對電池的一致性要求較高，增加了電池生產成本。基于H 橋級聯變流器的PCS,每相由多個相同的子模塊級聯而成，每個子模塊將DC/AC變流器與電 池組集成在了一起，該樣通過增加子模塊的數量，避免了大量的單體電池直接串并聯，所需 要的電池組的電壓等級和容量等級都比傳統儲能形式的要小，就降低了對單體電池一致性 的要求，間接降低了電池生產成本。而且，該種電路結構可W采用耐壓等級較低的功率開關 器件，來實現較高的額定電壓。同時，由于輸出電平數較多，等效開關頻率高，從而輸出電壓 諧波含量較小。
[0003] 電池本身具有復雜、時變的物理特性。由于單體電池間的差異性，電池組間的荷電 狀態（SOC)不可能一樣，一般SOC大的電池在充電時容易出現過充，而SOC小的電池容易在 防電的時候出現過放，嚴重時不得不將子模塊切除，該不僅降低了系統的穩定性，也降低了 電池的利用率，損害了電池使用壽命。因此，根據各電池組的充放電狀態的不同，實現對電 池組的均衡電流控制，避免對電池的過充電、過放電顯得尤為重要。根據電池SOC狀態量的 不同而獨立控制電池電流，可W使電池工作在最優狀態，提高電池的利用率，延長電池的使 用壽命。

【發明內容】

[0004] 針對電池儲能系統中存在的電池組利用率和壽命受單體電池間差異性制約的問 題，本發明的目的是提供一種H橋級聯儲能系統的均衡電流控制方法，通過在H橋級聯儲能 系統中按比例分配各子模塊的調制波的幅值來均衡控制儲能電池的充放電電流，W提高電 池的利用率和使用壽命。
[0005] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0006] 一種H橋級聯儲能系統的均衡電流控制方法，根據電池管理系統炬M巧測得的電 池的SOC狀態量得到電池的最佳充電給定電流，進而得到各自的給定功率指令，最后根據 該些功率指令占總功率指令的比例來分配各子模塊的給定調制波幅值，從而均衡控制電池 組的電流，具體步驟如下：
[0007] (1)各子模塊的電池管理系統采集各自電池組的SOC信息，并據此得到每個電 池組的充放電給定電流，儲能系統正常工作時由于電池單體間的差異，電池組的荷電狀態 (SOC)并不一致，該對于每個子模塊的電池組所需要的最佳充放電給定電流是不同的。WA 相為例，A相含有n個子模塊，設第i個子模塊電池組的最佳充放電電流為4 ;
[000引 （2)將各電池組充放電給定電流乘W自身電壓，得到各電池組的給定充放電功率， 將4乘W電池電壓Vm，即得到電池的給定充放電功率巧；
[0009] (3)將每相的各電池組給定充放電功率作和，得到每相總有功功率給定值
[0013] 再把S相總有功功率給定值相加，得到儲能系統總有功功率給定值 盧=巧+兮+片，經過坐標變換將=相靜止坐標系中變量變換到兩相同步旋轉坐標系，實 現有功功率與無功功率的解禪控制，將r作為系統的給定有功功率，最終可W得到A、B、C S相各自的總調制波F；、
[0014] (5)將電池組給定充放電功率除W對應相總有功功率給定值功率指令，得到一比 值，再將此比值乘W各自相的總調制波，得到每個子模塊的調制波，WA相為例，第i個子模 塊的調制波可W按下式得到
[0015]
[0016] (6)將各子模塊調制波送入到載波移相調制模塊，與各自經過依次移相后的S角 載波進行比較得到每個子模塊功率開關的脈沖。
[0017] 進一步地，所述子模塊由儲能電池、吸收電容和一個H橋逆變器組成。
[001引進一步地，所述子模塊的末端采用星形連接，每一相通過連接電感掛在=相工頻 電網。
[0019] 通過上述方法，根據該些功率指令占總功率指令的比例來分配各子模塊的給定調 制波幅值，即可分配各子模塊的輸出功率。通過載波移相調制方式（CPS-SPWM)對H橋級聯 儲能系統進行調制，當各子模塊電池給定電流不同時，對應的電池的給定充放電功率就會 不同，最終的電池充放電功率也就不同，實現了對各子模塊電池組的電流均衡控制。
[0020] 本發明和現有技術相比，具有W下優點和效果；本發明通過在H橋級聯儲能系統 中按比例分配各子模塊的調制波的幅值來均衡控制儲能電池的充放電電流，能避免電池組 的過充過放問題，提高電池的利用率和使用壽命。同時，本方案使用的控制方法比較比較簡 單，易于實現。
【附圖說明】
[0021] 圖1是二相H橋級聯儲能系統拓撲圖
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖并通過實施例對本發明作進一步的詳細說明，W下實施例是對本發 明的解釋而本發明并不局限于W下實施例。
[0023] 如圖1，該電路拓撲每相由n個相同的子模塊級聯而成，每個子模塊由儲能電池、 吸收電容和一個H橋逆變器組成。末端采用星形連接，每一相通過連接電感掛在=相工頻 電網。
[0024] 在本發明中，H橋級聯電池儲能系統采用載波移相調制策略進行SPWM控制。載 波移相調制法的基本思想是n個串聯的逆變器單元均采用低開關頻率的SPWM，具有相同的 頻率調制比k和相同的幅度調制比m，并采用共同的正弦調制波信號，而各個逆變器單元的 S角載波的相位依次相差3600/(n?k)，利用SPWM調制的波形生成方式和多重化技術中的 波形疊加結構產生載波移相SPWM波形。在本例中，每個子模塊使用各自的調制波，各調制 波的相位相同，但幅值根據各自的需要而給定，分別為Gi、叮2……n.'K'K;……K，;K'、哈……。對于n個子模塊級聯而成的變流器，其輸出電壓可達（2n+l)個電平。
[0025] 通過線性分配各子模塊的調制波的幅值大小，即可分配各子模塊的輸出功率。
[0026] 各子模塊的電池管理系統采集各自電池組的SOC信息，并據此得到電池組的充放 電給定電流4。譬如在充電狀態若此電池組的SOC較小，則其4幅值應較大，即多充電，若 其SOC較大，則其4幅值應較小，即少充電。通過該個給定電流調節各個電池組之間的充放 電電流，使之達到均衡。
[0027] 利用巧,,計算出A相各個子模塊的給定功率大小，其中VeM是電池組電 壓。
[002引再利用
[0029] 巧=巧 +巧2+... +巧,n*
[0030] 算出A相的總的給定功率大小。同理，可W計算出巧、C.'<;計算儲能系統總有功 功率片=巧+巧+巧，經過坐標變換將S相靜止坐標系中變量變換到兩相同步旋轉坐標 系，實現有功功率與無功功率的解禪控制，將Pt作為系統的給定有功功率，最終可W得到A、 B、CS相各自的總調制波
[0031] 根據子模塊給定功率巧，占總功率巧的比例來決定各個子模塊功率開關的調制 波比例。
[0032] 由于此電池儲能系統S相對稱，WA相為例，對每個子模塊而言，輸出有功功率
[0033]
[0034] 同理，A相總有功功率
[0035]
[0036] 其中相電流幅值，5為功率因數角。從上面兩個式子可得；
[0037]
[003引因此，子模塊給定功率大的，相應的，其調制波也要更大；反之，則更小。將得到 的各個子模塊的調制波分別作為載波移相調制技術中各子模塊的調制波，得到相應的 輸出電壓和輸出功率，再經過閉環控制即可跟蹤控制電池組充放電電流。
[0039] 本說明書中所描述的W上內容僅僅是對本發明所作的舉例說明。本發明所屬技術 領域的技術人員可W對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式 替代，只要不偏離本發明說明書的內容或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本 發明的保護范圍。
【主權項】
1. H橋級聯儲能系統的均衡電流控制方法，其特征在于，根據電池管理系統（BMS)測得 的電池的SOC狀態量得到電池的最佳充電給定電流，進而得到各自的給定功率指令，最后 根據這些功率指令占總功率指令的比例來分配各子模塊的給定調制波幅值，從而均衡控制 電池組的電流，具體步驟如下： (1)各子模塊的電池管理系統采集各自電池組的SOC信息，并據此得到每個電池組的 充放電給定電流，A相含有η個子模塊，設第i個子模塊電池組的最佳充放電電流為4 ·， (2 )將各電池組充放電給定電流乘以自身電壓，得到各電池組的給定充放電功率，將匕 乘以電池電壓VAi，即得到電池的給定充放電功率; (3) 將每相的各電池組給定充放電功率作和，得到每相總有功功率給定值，再把三相總有功功率給定值相加，得到儲能系統總有功功率給定值， F =Jp；+Jp；+Jpc： 經過閉環控制得到A、B、C三相各自的總調制波F；、G、C ; (4) 將電池組給定充放電功率除以對應相總有功功率給定值功率指令，得到一比值，再 將此比值乘以各自相的總調制波，得到每個子模塊的調制波，第i個子模塊的調制波可以 按下式得到(4)將各子模塊調制波送入到載波移相調制模塊，與各自經過依次移相后的三角載波 進行比較得到每個子模塊功率開關的脈沖。2. 根據權利要求1所述的H橋級聯儲能系統的均衡電流控制方法，其特征在于，所述子 模塊由儲能電池、吸收電容和一個H橋逆變器組成。3. 根據權利要求1所述的H橋級聯儲能系統的均衡電流控制方法，其特征在于，所述子 模塊的末端采用星形連接，每一相通過連接電感掛在三相工頻電網。
【專利摘要】本發明提供一種H橋級聯儲能系統的均衡電流控制方法，屬于電池儲能技術領域。H橋級聯儲能系統采用載波移相調制，所有子模塊使用依次移相后的三角載波以及各自獨立的調制波。根據電池管理系統(BMS)測得的電池的SOC狀態量得到電池的最佳充電給定電流，進而得到各自的給定功率指令，最后根據這些功率指令占總功率指令的比例來分配各子模塊的給定調制波幅值，從而均衡控制電池組的電流。本發明能避免電池組的過充過放問題，提高電池的利用率和使用壽命。
【IPC分類】H02J7/00
【公開號】CN104901381
【申請號】CN201510333359
【發明人】牛利勇, 梁暉, 黃彧, 龔敏明
【申請人】北京億利智慧能源科技有限公司
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月16日