一种基于多级能量调度的储能电池主动均衡系统的制作方法

本发明涉及电化学储能及电池管理，尤其涉及一种基于多级能量调度的储能电池主动均衡系统。

背景技术：

1、随着新能源发电规模的快速增长及新型电力系统的建设推进，电化学储能系统在电力调峰、调频及新能源消纳等方面发挥着重要作用。在大规模储能系统中，电池通常以单体—模组—电池簇的层级结构构成，系统规模大、层级复杂。

2、由于电池在制造、使用及老化过程中存在差异，导致电池单体、模组及电池簇之间在荷电状态（soc）、健康状态（soh）及内阻等方面存在不一致性，从而影响系统容量利用率和使用寿命，严重时甚至引发安全问题。

3、现有技术中，均衡主要由电池管理系统实现，包括被动均衡和主动均衡方式。其中，被动均衡效率低；主动均衡虽效率较高，但通常局限于单体或模组层级，均衡能力有限。

4、此外，现有均衡策略通常基于单一参数，缺乏多维信息融合；均衡过程与pcs及ems之间缺乏协同控制，无法利用系统运行过程参与能量重分配；同时，现有技术缺乏跨层级能量调度机制，难以实现系统级能量优化。

5、因此，有必要提出一种支持多层级能量调度、跨层级能量流动并实现系统协同控制的主动均衡技术。

技术实现思路

1、为解决上述背景中的技术问题，本发明提供了一种基于多级能量调度的储能电池主动均衡系统，包括：

2、电池系统，采用多层级结构构建，具体包括：电池单体级、模组级及电池簇级；

3、直流母线，用于连接电池系统与功率变换系统；

4、电池管理系统，用于采集电池状态信息；

5、功率变换系统，用于实现电池系统与外部电网之间的能量交互；

6、能量管理系统，用于根据系统运行需求生成调度指令；

7、能量调度模块，用于根据电池管理系统采集的电池状态信息，获取系统状态向量；根据系统状态向量，获取不一致性评价指标；根据不一致性评价指标，生成均衡目标，并进行能量调度决策；

8、路径选择模块，用于根据能量调度模块的能量调度决策，获取能量路径集合；根据能量路径集合，确定能量传输路径；

9、协同控制模块，用于根据路径选择模块确定的能量传输路径，控制电池管理系统、功率变换系统及能量管理系统进行协同控制，在不同层级执行均衡控制。

10、优选的，系统状态向量包括：电池单体层级状态向量、模组层级状态向量、电池簇层级状态向量以及直流母线层级状态向量；

11、其中，电池单体层级状态向量根据电池单体编号、电池单体数量、荷电状态、健康状态、内阻及温度获取；

12、模组层级状态向量根据模组编号、模组平均荷电状态及模组内部荷电状态标准差获取；

13、电池簇层级状态向量根据电池簇编号、电池簇荷电状态及电池簇功率获取；

14、直流母线层级状态向量根据直流母线电压及系统总功率获取。

15、优选的，不一致性评价指标包括：电池单体层级不一致性、模组层级不一致性、电池簇层级不一致性及系统整体不一致性；

16、其中，电池单体层级不一致性根据所有电池单体荷电状态的平均值及每个电池单体的荷电状态获取；

17、模组层级不一致性根据所有模组的平均荷电状态及每个模组的平均荷电状态获取；

18、电池簇层级不一致性根据所有电池簇的荷电状态的平均值及每个电池簇的荷电状态获取；

19、系统整体不一致性根据电池单体层级不一致性、模组层级不一致性、电池簇层级不一致性及对应的权重系数获取。

20、优选的，能量调度模块根据不一致性评价指标，通过构建调度优化目标函数进行能量调度决策，调度优化目标函数根据均衡过程中的能量损耗、均衡所需时间及权重系数获取。

21、优选的，能量路径集合包括：电池单体之间的能量路径、单体至模组路径、模组至电池簇路径及电池簇至直流母线路径。

22、优选的，路径选择模块根据路径损耗、路径传输时间、路径约束代价及对应的权重系数，从能量路径集合中选取满足优化关系的最优路径。

23、优选的，协同控制模块根据能量传输路径，控制电池管理系统在电池单体级及模组级执行主动均衡控制，根据均衡增益系数获取均衡电流；

24、并且，协同控制模块控制功率变换系统在电池簇级参与均衡，根据参考功率及功率调节系数获取电池簇的实际功率。

25、优选的，协同控制模块根据系统功率平衡约束及电池簇数量，控制电池管理系统、功率变换系统及能量管理系统进行协同控制，使电池簇的实际功率之和满足系统总功率。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

27、本发明实现了多层级协同均衡，通过建立电池单体级、模组级、电池簇级及直流母线级的多层级结构，克服了现有技术中仅局限于单体级或模组级均衡的问题；支持跨层级能量流动，提高均衡效率，通过路径选择模块实现能量在不同层级之间的动态传输，使能量能够在单体、模组、电池簇及系统之间进行重分配。

28、同时，本发明还实现了多参数融合的均衡决策，基于荷电状态、健康状态、内阻及温度等多维参数进行综合评估，提升均衡策略的准确性和适应性。本发明通过协同控制模块，实现电池管理系统、功率变换系统及能量管理系统的协同控制；同时将三者有机结合，使均衡过程与系统充放电过程协同进行，提高系统能量利用效率。本发明适用于大规模储能系统，提升系统一致性与运行性能，能够适应复杂层级结构并通过系统级能量调度优化电池一致性；同时具备良好的扩展性与工程适用性，可适配不同规模及不同拓扑结构的储能系统。

1.一种基于多级能量调度的储能电池主动均衡系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于多级能量调度的储能电池主动均衡系统，其特征在于，系统状态向量包括：电池单体层级状态向量、模组层级状态向量、电池簇层级状态向量以及直流母线层级状态向量；

3.根据权利要求2所述的基于多级能量调度的储能电池主动均衡系统，其特征在于，不一致性评价指标包括：电池单体层级不一致性、模组层级不一致性、电池簇层级不一致性及系统整体不一致性；

4.根据权利要求3所述的基于多级能量调度的储能电池主动均衡系统，其特征在于，能量调度模块根据不一致性评价指标，通过构建调度优化目标函数进行能量调度决策，调度优化目标函数根据均衡过程中的能量损耗、均衡所需时间及权重系数获取。

5.根据权利要求1所述的基于多级能量调度的储能电池主动均衡系统，其特征在于，能量路径集合包括：电池单体之间的能量路径、单体至模组路径、模组至电池簇路径及电池簇至直流母线路径。

6.根据权利要求5所述的基于多级能量调度的储能电池主动均衡系统，其特征在于，路径选择模块根据路径损耗、路径传输时间、路径约束代价及对应的权重系数，从能量路径集合中选取满足优化关系的最优路径。

7.根据权利要求1所述的基于多级能量调度的储能电池主动均衡系统，其特征在于，协同控制模块根据能量传输路径，控制电池管理系统在电池单体级及模组级执行主动均衡控制，根据均衡增益系数获取均衡电流；

8.根据权利要求7所述的基于多级能量调度的储能电池主动均衡系统，其特征在于，协同控制模块根据系统功率平衡约束及电池簇数量，控制电池管理系统、功率变换系统及能量管理系统进行协同控制，使电池簇的实际功率之和满足系统总功率。