[发明专利]一种大规模储能SOC平衡协调控制系统及方法

权利要求书

1.一种大规模储能SOC平衡协调控制系统，其特征在于，包括：第一母线、第二母线、第三母线、第四母线，至少一个光伏发电单元、至少一个风力发电单元、至少两个负载、第一线路阻抗、第二线路阻抗、第三线路阻抗、第四线路阻抗、N个锂电池箱；

第一母线一端与第四母线一端相连接，第一母线另一端与第三母线一端相连接、第三母线另一端与第二母线一端相连接，第二母线另一端与第四母线另一端相连接；第一母线与N1个锂电池箱相连接，第二母线与N2个锂电池箱相连接，第三母线与N3个锂电池箱相连接，第四母线N4个锂电池箱相连接；所述第一母线、第二母线、第三母线、第四母线中，至少一条母线与至少一个光伏发电单元相连接，至少一条母线与至少一个风力发电单元相连接，至少两条母线分别与至少两个负载相连接；其中，N＝N1+N2+N3+N4；

第一线路阻抗为第一母线与第四母线之间阻抗，第二线路阻抗为第一母线与第三母线之间阻抗，第三线路阻抗为第三母线与第二母线之间阻抗，第四线路阻抗为第二母线与第四母线之间阻抗；

所述光伏发电单元，通过光伏发电为所构建的储能SOC平衡协调控制系统提供电能；

所述风力发电单元，通过风力发电为所构建的储能SOC平衡协调控制系统提供电能；

所述负载，构建的储能SOC平衡协调控制系统通过母线为负载供电；

所述锂电池箱，当构建的储能SOC平衡协调控制系统无法为负载提供足够的电能时，锂电池箱中的锂电池组为负载供电。

2.根据权利要求1所述大规模储能SOC平衡协调控制系统，其特征在于，所述锂电池箱，通过双向半桥变换器并入直流电网；当上半桥臂IGBT导通时，变换器处于buck工作状态，电网功率通过双向半桥变换器流入锂电池箱电池组中，这时电池组开始工作在充电状态；当下半桥臂IGBT导通时，双向半桥变换器处于boost状态，功率从电池流入电网中，这时电池工作在放电状态。

3.一种大规模储能SOC平衡协调控制方法，采用权利要求1所述大规模储能SOC平衡协调控制系统实现，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：检测电池箱电池组中各电池的SOC最大值和最小值是否在额定充电量的20％～90％之内，若在范围之内，则不切除该电池箱电池组中电池；若不在范围之内，则切除该电池箱电池组中电池；

步骤2：采集直流母线电压U_dc、第i个电池箱的IGBT的占空比D_1-i或D_2-i和第i个电池箱的输出电流i_0-i，并将U_dc、D_1-i或D_2-i、i_0-i输入到电流估算器中，输出第i个锂电池箱的估算电流值

步骤3：根据电流估算器切换规则，对不同的电流估算器进行切换；

步骤3.1：采集各个锂电池箱所连接的母线的可用功率；

步骤3.2：将采集的可用功率与所在母线负载消耗功率进行比较，如果可用功率大于负载消耗功率，执行步骤3.3；如果可用功率小于等于负载消耗功率，则执行步骤3.4；

步骤3.3：将电流估算器切换到buck模式，系统为充电状态，步骤5和步骤6中所得数据均采用充电时的数据；

步骤3.4：将电流估算器切换到boost模式，系统为放电状态，步骤5和步骤6所得数据均采用放电时的数据；随后，重新从步骤3.1开始，判断此时系统处于放电或充电状态；

步骤4：通过针对不同容量锂电池箱设计的电流估算器输出的估算各锂电池箱的SOC；

估算各锂电池箱的SOC，通过以下公式：

其中，U_b-i为第i个电池箱的输出电压；为锂电池箱输出电流；SOC_0-i为第i个锂电池箱初始荷电状态；C_b-i为第i个电池箱的容量，为第i个锂电池箱的荷电状态的估计值；

步骤5：计算SOC的平均值，得到的平均值与自身的SOC比较，得到的差值通过PI控制器进行跟踪；跟踪后输出的结果作为电压调节系数的改变量；

所述SOC的平均值，按照如下公式进行计算：

其中，n为连接到电网中的电池箱个数；

充电或者放电情况下，所述电压调节系数的改变量，按照如下公式进行计算：

充电时：

放电时：

其中，k_p-s为电压调节系数改变量调节模块的比例系数；k_I-s为电压调节系数改变量调节模块的微分系数；1/s为拉普拉斯变换中的积分环节；通过PI控制器调节，△d_i通过SOC的平均值与各个SOC的比较值生成的调节值更精确；

步骤6：计算锂电池箱的平均容量，将平均容量设定为基准容量，并为平均容量设置基准功率；最后通过基准功率计算n个锂电池箱的默认电压调节系数k_i；

所述平均容量为：

其中，C_b-i为第i个电池箱的容量，为锂电池箱的平均容量，n为连接到电网中的电池箱个数；

充电或者放电情况下，所述基准功率为：

放电时：

充电时：

其中：C_b为锂电池箱的容量；为参考直流母线电压值；为基准功率；

所述默认电压调节系数k_i为：

其中：△V_max-i为第i个电池箱的开路电压与负载电压的差值；C_b-i为第i个电池箱的容量；

步骤7：计算电压调节系数与锂电池箱电压参考值；

所述电压调节系数d_i，按照如下公式进行计算：

d_i＝k_i+△d_i

所述锂电池箱电压参考值，按照如下公式进行计算：

U_dcref-i＝U_nom-m-d_iP_i

其中，第m条母线电压设定值U_nom-m，第i个锂电池箱电压参考值U_dcref-i，P_i为第i个锂电池箱的充电功率；

步骤8：锂电池箱电压参考值U_dcref-i与双向半桥变换器输出电压U_i的差值，经过PI控制器调节后，输出参考电流i_ref-i；参考电流i_ref-i与电流估算器估计输出的电流的差值，经过PI控制器调节后，再通过PWM调制，成为控制信号，将该控制信号输入到双向半桥变换器的IGBT中，实现对双向半桥变换器IGBT的控制。