一种用于多电平储能控制系统的SOC平衡控制方法与流程

一种用于多电平储能控制系统的soc平衡控制方法
技术领域
1.本发明涉及储能控制技术领域，特别涉及一种用于多电平储能控制系统的soc平衡控制方法。


背景技术：

2.随着人类社会生产力的快速发展，人类对能源需求的与日俱增，近年来各种新型储能装置迎来巨大的市场需求。
3.目前储能装置中，变流器结构大多使用的是传统的两电平、三电平结构，传统结构控制简单，效率高，成本低，但无法直连高压系统，容量小，如应用高压场景，则需要接入升压变压器，降低整体的能量转换效率；并联多个储能装置，存在故障率高、易引起系统谐振等问题。
4.而新型储能装置基于级联拓扑结构，具有高压直挂、单机大容量、功率模块冗余度高、交直流输出谐波含量小、系统损耗低等优点，可广泛应用于风光发电站、变电站、火电厂等场景。
5.现有的储能控制系统的soc平衡控制方法几乎均为基于常规储能结构的控制方法，基于新型多级联多电平储能装置的soc平衡控制方法几记载不多，而且，所采用的控制方法比较复杂、笨拙，造成储能装置的整体运行效率低。


技术实现要素：

6.为了解决背景技术提出的技术问题，本发明提供一种用于多电平储能控制系统的soc 平衡控制方法，该平衡控制算法可以应用在新型级联多电平储能装置上，平衡各功率模块的soc，提高储能装置的整体运行效率。
7.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
8.一种用于多电平储能控制系统的soc平衡控制方法，所述的方法用于新型级联多电平储能装置，平衡新型级联多电平储能装置的各功率模块的soc。
9.所述的方法为：通过采集所述的储能装置各储能变流器模块电池簇的soc信息，计算出储能装置交流侧平衡相间soc所需的电压或电流指令，以及计算出储能装置的单相各储能变流器模块soc平衡所需的调制指令。
10.进一步地，所述的新型级联多电平储能装置包括多个全桥储能变流器模块p1-pn，多个全桥储能变流器模块p1-pn上下依次串联，构成单相的级联型多电平储能结构；三个单相的级联型多电平储能结构星型或角型连接形成三相级联型多电平储能装置。
11.进一步地，所述的新型级联多电平储能装置还包括主断路器k1、旁路断路器k2、充电电阻r、滤波电抗器l，由主断路器k1、充电电阻r、滤波电抗器l和多个全桥储能变流器模块p1-pn上下依次串联，旁路断路器k2并联在充电电阻r两端，构成单相的级联型多电平储能结构。
12.进一步地，所述的方法包括相间soc平衡控制方法，所述的相间soc平衡控制方法
包括角接的相间soc平衡控制算法，所述的角接的相间soc平衡控制方法包括如下：
13.1)采集系统三相线电压：uab、ubc、uca，做锁相运算，计算出电压相位：uabvec、 ubcvec、ucavec；
14.2)采集储能装置功率模块的soc信息：soc_ab1
……
soc_can，计算三相soc均值：pab_soc_ave、pbc_soc_ave、pca_soc_ave，计算储能装置总soc均值： soc_ave；
15.3)使用储能装置总soc均值与各相soc均值做pi控制，pi控制输出为各相电流指令幅值：iref_soc_ab，iref_soc_bc，iref_soc_ca；
16.4)计算相间平衡soc所需的电流指令iref＝iref_soc_ab
×
uacvec iref_soc_bc
ꢀ×
ubcvec iref_soc_ca
×
ucavec；
17.5)将相间平衡soc所需的电流指令iref送入系统电流环。
18.进一步地，所述的方法包括相间soc平衡控制方法，所述的相间soc平衡控制方法包括星接的相间soc平衡控制算法，所述的星接的相间soc平衡控制方法包括如下：
19.1)采集系统三相电流：ia、ib、ic，做锁相运算，计算出电流相位：iavec、ibvec、icvec；
20.2)采集储能装置功率模块的soc信息：soc_a1
……
soc_cn，计算三相soc均值： pa_soc_ave、pb_soc_ave、pc_soc_ave，计算储能装置总soc均值：soc_ave；
21.3)使用储能装置总soc均值与各相soc均值做pi控制，pi控制输出为各相电压指令幅值：uref_soc_a，uref_soc_b，uref_soc_c；
22.4)计算相间平衡soc所需的电压指令uref＝uref_soc_a
×
iavec uref_soc_b
×ꢀ
ibvec uref_soc_c
×
icvec；
23.5)将相间平衡soc所需的电压指令送入系统pwm调制。
24.进一步地，所述的方法包括单相功率单元模块间soc平衡控制方法，所述的单相功率单元模块间soc平衡控制方法包括如下：
25.1)采集储能装置各功率单元模块的soc信息：soc_a1
……
soc_cn，计算储能装置三相soc均值：pa_soc_ave、pb_soc_ave、pc_soc_ave；
26.2)使用储能装置各相的soc均值与各功率单元模块soc比较做增益控制，增益为 kp1；跟据如下公式计算出各单元的调制指令vmoda1
……
vmodcn
27.vmoda1＝(1-kp1
×
(pa_soc_ave-soc_a1))
×
vmoda；
28.……
29.vmodcn＝(1-kp1
×
(pc_soc_ave-soc_cn))
×
vmodc；
30.其中vmoda、vmodb、vmodc为各相总调制指令。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
32.1)本发明的多电平储能控制系统的相间soc平衡控制算法，应用在新型级联多电平储能装置上，能够平衡储能装置各相功率单元模块的能量平衡，保证系统的稳定运行，且运行效率高，持续的三相对称输出能力；单相功率单元模块间soc平衡控制算法能够平衡单元模块间的soc，避免因单个模块能量的放空或充满，导致储能装置的四象限运行能力受限。
33.2)本发明的方法能够快速有效的平衡储能装置各模块的soc，具备离网自平衡能力。
附图说明
34.图1是本发明的新型储能装置的角接拓扑结构图；
35.图2是本发明的新型储能装置的星接拓扑结构图；
36.图3是本发明的多电平储能控制系统的角接的相间soc平衡控制算法框图；
37.图4是本发明的多电平储能控制系统的星接的相间soc平衡控制算法框图；
38.图5是本发明的多电平储能控制系统的单相功率单元模块间soc平衡控制算法框图。
具体实施方式
39.以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
40.一种用于多电平储能控制系统的soc平衡控制方法，所述的方法用于新型级联多电平储能装置，平衡新型级联多电平储能装置的各功率模块的soc。
41.如图1-2所示，所述的新型级联多电平储能装置包括主断路器k1、旁路断路器k2、充电电阻r、滤波电抗器l和多个新型全桥储能变流器模块p1-pn，由主断路器k1、充电电阻r、滤波电抗器l和多个全桥储能变流器模块p1-pn上下依次串联，旁路断路器k2 并联在充电电阻r两端，构成单相的级联型多电平储能结构；三个单相的级联型多电平储能结构星型或角型连接形成三相级联型多电平储能装置。
42.图1的角接拓扑结构图中，全桥储能变流器模块p1-pn具体为：pab1-pabn、 pbc1-pbcn、pca1-pcan。
43.图2的星接拓扑结构图中，全桥储能变流器模块p1-pn具体为：pa1-pan、pb1-pbn、 pc1-pcn。
44.所述的用于多电平储能控制系统的soc平衡控制方法包括多电平储能控制系统的相间soc平衡控制方法和单相功率单元模块间soc平衡控制方法，所述的相间soc平衡控制方法包括角接的相间soc平衡控制算法和星接的相间soc平衡控制算法。
45.如图3所示，所述的角接的相间soc平衡控制方法包括如下：
46.1)采集系统三相线电压：uab、ubc、uca，做锁相运算，计算出电压相位：uabvec、 ubcvec、ucavec；
47.2)采集储能装置功率模块的soc信息：soc_ab1
……
soc_can，计算三相soc均值：pab_soc_ave、pbc_soc_ave、pca_soc_ave，计算储能装置总soc均值： soc_ave；
48.3)使用储能装置总soc均值与各相soc均值做pi控制，pi控制输出为各相电流指令幅值：iref_soc_ab，iref_soc_bc，iref_soc_ca；
49.4)计算相间平衡soc所需的电流指令iref＝iref_soc_ab
×
uacvec iref_soc_bc
ꢀ×
ubcvec iref_soc_ca
×
ucavec；
50.5)将相间平衡soc所需的电流指令iref送入系统电流环。
51.如图4所示，所述的星接的相间soc平衡控制方法包括如下：
52.1)采集系统三相电流：ia、ib、ic，做锁相运算，计算出电流相位：iavec、ibvec、icvec；
53.2)采集储能装置功率模块的soc信息：soc_a1
……
soc_cn，计算三相soc均值： pa_soc_ave、pb_soc_ave、pc_soc_ave，计算储能装置总soc均值：soc_ave；
54.3)使用储能装置总soc均值与各相soc均值做pi控制，pi控制输出为各相电压指令幅值：uref_soc_a，uref_soc_b，uref_soc_c；
55.4)计算相间平衡soc所需的电压指令uref＝uref_soc_a
×
iavec uref_soc_b
×
ibvec uref_soc_c
×
icvec；
56.5)将相间平衡soc所需的电压指令送入系统pwm调制。
57.如图5所示，所述的单相功率单元模块间soc平衡控制方法包括如下：
58.1)采集储能装置各功率单元模块的soc信息：soc_a1
……
soc_cn，计算储能装置三相soc均值：pa_soc_ave、pb_soc_ave、pc_soc_ave；
59.2)使用储能装置各相的soc均值与各功率单元模块soc比较做增益控制，增益为 kp1；跟据如下公式计算出各单元的调制指令vmoda1
……
vmodcn
60.vmoda1＝(1-kp1
×
(pa_soc_ave-soc_a1))
×
vmoda；
61.……
62.vmodcn＝(1-kp1
×
(pc_soc_ave-soc_cn))
×
vmodc；
63.其中vmoda、vmodb、vmodc为各相总调制指令。
64.本发明的多电平储能控制系统的相间soc平衡控制算法，应用在新型级联多电平储能装置上，能够平衡储能装置各相功率单元模块的能量平衡，保证系统的稳定运行，且运行效率高，持续的三相对称输出能力；单相功率单元模块间soc平衡控制算法能够平衡单元模块间的soc，避免因单个模块能量的放空或充满，导致储能装置的四象限运行能力受限。
65.本发明的方法能够快速有效的平衡储能装置各模块的soc，具备离网自平衡能力。
66.以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。