[发明专利]一种基于均衡母线的模块化超级电容储能系统能量均衡控制方法

说明书

本发明提出了一种基于均衡母线的模块化超级电容储能系统能量均衡控制方法，属于超级电容储能系统中超级电容模组能量均衡控制技术领域。包括以下步骤：建立系统公共电压外环；建立子模组独立电流内环；通过均衡母线选取系统中能量最高模组的SOC值作为参考；利用SOC参考及模组自身SOC值对子模组电流内环给定进行调整；通过利用系统电流值及调整后的电流参考作为电流调节器的输入，控制子模组的充放电运行状态，实现储能系统组间能量动态均衡控制。所述控制方法具备结构简单，适用于多子模组级联系统，提升系统的模块化性能及容错控制能力等诸多优点。

技术领域

本发明涉及一种基于均衡母线的模块化超级电容储能系统能量均衡控制方法，属于超级电容储能系统中超级电容模组能量均衡控制技术领域。

背景技术

随着我国城市化进程不断加快，城市轨道交通得到了快速发展。超级电容储能系统作为城市轨道交通供电系中提升能量利用效率的辅助供电设备，得到了广泛的关注。储能系统中超级电容模组的耐压较低，需要通过多模组串联以适应高压场合的应用。然而由于模组间参数差异等原因会导致能量在模组间分布不均，长期运行时超级电容模组易出现过充、过放现象，严重威胁系统的安全运行。因此超级电容储能系统在实际使用时需要配备能量均衡管理系统。目前常用的能量均衡方法可以概括为被动式均衡和主动式均衡。其中被动均方法采用外接均衡电阻的形式，将高能量分布模组中的能量进行消耗；主动均衡方法的实现思路是将高能量分布模组中的能量通过外部电力电子变换装置转移低能量模组中。然而，这些均衡技术主要存在以下几个问题：

(1)均衡方法导致储能系统模块化程度降低，不利用系统扩展应用；

(2)导致储能系统整体控制复杂，系统的可靠性降低；

(3)储能系统成本过高。

发明内容

本发明针对如何在系统模块化硬件构成的基础上提升控制方法的模块化程度，并且如何降低均衡系统控制的复杂性，并提升储能系统的可靠性，提出了一种基于均衡母线的模块化超级电容储能系统能量均衡控制方法，所采取的技术方案如下：

一种基于均衡母线的模块化超级电容储能系统能量均衡控制方法，所述能量均衡控制方法包括：

步骤一：构建系统公共电压控制环；所述系统公共电压控制环包括电压参考给定、直流母线电压反馈值以及电压闭环调节器，并将电压环的输出值通过通信线传递到每个子模组电流控制器中；

步骤二：构建各子模组独立电流闭环；所述各子模组独立电流闭环包括电流参考、系统电流反馈值、以及电流环调节器；

步骤三：各子模组利用根据SOC值计算模型获取并联超级电容模组的SOC值，所述SOC值计算模型如下：

其中：C_sc为超级电容模组的容量，单位为法拉；Q_s为超级电容额定存储电荷量，单位为库伦；u_sci为第i个超级电容模组的电压值；

步骤四：构建基于硬件电路的均衡母线电路；所述均衡母线电路包括多个二极管及具有良好屏蔽功能的导线；其中，每个二极管均位于所述模块化超级电容储能系统的子模组控制器上，全部二极管的阴极通过均衡母线相接；

步骤五：将各子模组控制器计算产生的SOC信息通过DA转换器转换成为模拟电压信号，并连接于二极管的阳极；

步骤六：各子模组控制器采集均衡母线中的电压信号，并将采集结果通过均衡电流参考值模型生成均衡电流参考值，其中，所述均衡电流参考值模型为：

i_refi＝i_ref[1-k(SOC_max-SOC_i)]