CN114447970B 高压直挂电池储能系统及其控制方法 （上海交通大学）

本发明提供了一种高压直挂电池储能系统串联所述DC/DC变换器组成一条电池支路；多条述直流母线电容并联，再连接至所述DC/AC变换个所述电池储能子模块的交流端口串联构成相2若干个所述电池模块串联组成电池簇；所述电池簇串联所述DC/DC变换器组成一条电若干个所述电池储能子模块的交流端口串联构成相器的一端相互连接形成中性点，另一端分别通过各自所述网侧滤波电感连接到交流电网，每个所述电池堆中，多条所述电池支路中的所述DC/DC变换器的直流端口并联至公共母线电容；多条所述电池支路中的所述DC/DC变换器统一构成一个电池簇间电流协调控制所述电池簇间电流协调控制的变换器包括：公共母线电容、第m个所述H桥电路包括四个开关管Sm1-Sm4；Sm1和Sm2构成所述第m个H桥电路的第一桥m3和Sm4构成所述第m个H桥电路的第二桥第m个所述H桥电路的第一桥臂和第二桥臂分别通过所述滤波电感连接到所述电池支相间电池荷电状态均衡控制步骤：根据相间的平均值SOCjn为所述第n个电池储能子模块电池荷电状态，将每簇电池荷值做差后，经过一个簇间电池荷电状态均衡比例系数得到每簇电池充放电电流的修正量，其中，ΔSOCjnm表示第m簇电池的电池荷电状态SOCjnm与所述第n个电池第m簇电池电池充放电电流的修正量，每簇电池充放电电流的修正量传递给所述电池簇间3子模块间电池荷电状态均衡控制步骤采用：通过收集j相所有电池储能子模块的电池荷电近电平调制需要投入的子模块数量决定各电池储荷电状态均衡控制步骤采用：通过收集j相所有电池储能子模块的电池的平均值SOCj为所述j相链式变换器的电池荷电状态；再计算得到所述三相链式变换器电每相链式变换器充放电功率的修正量计算得到需要注入将输出电压直流分量环PI模块的输出值和输出电压交流分量环PR模块的输出值求和将所述公共母线电容的电压给定值作为公共母线电容电将所述每簇电池的电流的采样值作为输出电压直流分量环将所述直流母线电容电压的采样值经过滤波模块得到所述直流母线电容电压的直流将所述输出电压的采样值经过滤波模块得到所述输出电压在一个开关周期的平均值，述输出电压在一个开关周期的平均值与所述输出电压的直流分量做差得到所述输出电压4[0003]基于级联H桥变换器的高压直挂BESS具有高度模块化的结构，其单台设备容量规模风光电源接入电网促使电网侧电池储能电站已进入百MW级时代并向GW级迈进，对其种方法或这三种方法任意组合：1)通过增加级联H桥变换器每相子模块的个数，提高高压系统需要处理更多的调制信号、保护信号和电池状态信息，通讯延时限制控制系统的带态均衡，电池簇间存在环流，降低了电池簇的效率且容易引发电池的过充过放等安[0005]另外，传统基于级联H桥变换器的高压直挂BESS需要[0007]专利文献CN111786401A(申请号：20201085[0008]专利文献CN109245123A(申请号：201811317645.2)公开了一种级联型号。该专利实现了多台级联型储能变流器高压直挂并联接入火电厂高厂变低压侧与火电[0009]专利文献CN113572248A(申请号：202110740928.3)公开了一种储能子模块及其[0010]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高压直挂电池储能系统及其[0013]若干个所述电池模块串联组成电池簇；所述电池簇串联所述DC/DC变换器组成一变换器的一端相互连接形成中性点，另一端分别通过各自所述网侧滤波电感连接到交流[0019]第m个所述H桥电路的第一桥臂和第二桥臂分别通过所[0020]根据本发明提供的一种三级电池荷电状态均衡控制方法，运用上述所述的高压6[0022]电池储能子模块间电池荷电状态均衡控制步骤：对电池储能子模块间电池荷电换器充放电功率的修正量，再根据该修正量计算得到需要注入零序电压以实现相间电池中第n个电池储能子模块中各簇的电池荷电状态SOCjnm，计算得到所述每簇电池荷电状态的平均值SOCjn，每簇电池荷电状态的平均值SOCjn为所述第n个电池储能子模块电池荷电电电流的修正量传递给所述电池簇间电流协调控制的变换器的控制器计算得到各簇电流[0025]优选地，所述电池储能子模块间电池荷电状态均衡控制步骤采用：通过收集j相[0026]优选地，所述相间电池荷电状态均衡控制步骤采用：通过收集j相所有电池储能子模块的电池荷电状态SOCjn计算得到所述电池储能子模块电池荷电状态的平均值SOCj，所述电池储能子模块电池荷电状态的平均值SOCj为所述j相链式变换器的电池荷电状态；荷电状态与其平均值做差后，经过一个相间电池荷电状态均衡比例系数得到每相链式变换器充放电功率的修正量，再根据所述每相链式变换器充放电功率的修正量计算得到需[0027]根据本发明提供的一种簇间电流协调控制和倍频电流抑制方法，运用上述所述[0028]将输出电压直流分量环PI模块的输出值和输出电压交流分量环PR模块的输出值求和得到DC/DC变换器的调制波，根据所述DC/DC变换器的调制波产生相应的脉宽调制信[0030]将所述公共母线电容的电压给定值作为公共母线电容电压环PI所述公共母线电容的电压采样值作为公共母线电容电压环PI模块的负向输入，得到公共7[0034]将所述直流母线电容电压的采样值经过滤波模块得到所述直流母线电容电压的直流分量，所述直流母线电容电压与所述直流母线电容电压的直流分量做差得到所述直流母线电容电压的交流分量，所述直流母线电容电压的交流分量作为输出电压交流分量[0035]将所述输出电压的采样值经过滤波模块得到所述输出电压在一个开关周期的平均值，将所述输出电压在一个开关周期的平均值经过滤波模块得到所述输出电压的直流分量，所述输出电压在一个开关周期的平均值与所述输出电压的直流分量做差得到所述输出电压的交流分量，所述输出电压的交流分量作为输出电压交流分量环PR模块的负向桥子模块直流侧多个电池簇可以实现并联，在不增加子模块数量的前提下实现了单机更[0038]2、本发明提供的高压直挂电池储能系统的三级电池荷电状态均衡控制方法，可[0039]3、本发明提供的高压直挂电池储能系统的簇间电流协调控制方法，与传统的电[0041]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、[0043]图2为本发明一优选实施例中高压直挂电池储能系统的一个电池储能子模块的[0044]图3为本发明一优选实施例中高压直挂电池储能系统的三级电池荷电状态均衡[0045]图4为本发明一优选实施例中高压直挂电池储能系统的簇间电流协调控制方法8其控制方法，可以实现基于级联H桥变换器的高压直挂BESS单机的功率和容量进一步扩[0053]若干个所述电池模块串联组成一个电池簇；所述电池簇再串联一个所述DC/DC变器的直流端口并联至公共母线电容C；多条所述电池支路中的所述DC/DC变换器统一构成[0059]第m个所述H桥电路的第一桥臂和第二桥臂分别通过所[0062]电池储能子模块间电池荷电状态均衡控制步骤：对电池储能子模块间电池荷电9换器充放电功率的修正量，再根据该修正量计算得到需要注入零序电压以实现相间电池到所述每簇电池荷电状态的平均值SOCjn，每簇电池荷电状态的平均值SOCjn为所述第n个jnm表示第m簇电池的电池荷电状态SOCjnm与所述第n个电池储能子模块电池荷放电电流的修正量，每簇电池充放电电流的修正量传递给所述电池簇间电流协调控制的[0065]具体地，所述电池储能子模块间电池荷电状态均衡控制步骤采用：通过收集j相[0066]具体地，所述相间电池荷电状态均衡控制步骤采用：通过收集j相所有电池储能子模块的电池荷电状态SOCjn计算得到所述电池储能子模块电池荷电状态的平均值SOCj，所述电池储能子模块电池荷电状态的平均值SOCj为所述j相链式变换器的电池荷电状态；荷电状态与其平均值做差后，经过一个预设相间电池荷电状态均衡比例系数得到每相链式变换器充放电功率的修正量，再根据所述每相链式变换器充放电功率的修正量计算得[0067]根据本发明提供的一种簇间电流协调控制和倍频电流抑制方法，如图4所示，运[0068]将输出电压直流分量环PI模块的输出值和输出电压交流分量环PR模块的输出值求和得到DC/DC变换器的调制波，根据所述DC/DC变换器的调制波产生相应的脉宽调制信[0070]将所述公共母线电容的电压给定值作为公共母线电容电压环PI所述公共母线电容的电压采样值作为公共母线电容电压环PI模块的负向输入，得到公共[0074]将所述直流母线电容电压的采样值经过滤波模块得到所述直流母线电容电压的直流分量，所述直流母线电容电压与所述直流母线电容电压的直流分量做差得到所述直流母线电容电压的交流分量，所述直流母线电容电压的交流分量作为输出电压交流分量[0075]将所述输出电压的采样值经过滤波模块得到所述输出电压在一个开关周期的平均值，将所述输出电压在一个开关周期的平均值经过滤波模块得到所述输出电压的直流分量，所述输出电压在一个开关周期的平均值与所述输出电压的直流分量做差得到所述输出电压的交流分量，所述输出电压的交流分量作为输出电压交流分量环PR模块的负向[0076]参照图5，为本发明一实施例中高压直挂电池储能三角形连接系统的电路图，与[0079]若干个所述电池储能子模块的交流端口串联构成一相链式变换器，三个所述相链式变换器的两端连接成一个回路，每两个所述相链式变换器的连接点通过一个所述网[0080]参照图6，为本发明一实施例中模块化多电平电池储能系统的电路图，该系统能sbsc为三相电网的电压。器通过两个桥臂滤波电感串联组成一相变换器，三个