[发明专利]基于模块化多电平拓扑结构的分布式储能系统的控制方法

摘要

本发明公开了一种基于模块化多电平拓扑结构的分布式储能系统的控制方法，包括对分布式储能系统中各子模块储能元件荷电状态平衡控制及电容电压平衡控制：其中分布式储能系统中各子模块储能元件荷电状态平衡控制是利用荷电状态外环电流内环的双环控制策略产生子模块后级DC-DC电路开关器件的开关信号来实现。对于电容电压的平衡控制，本发明是在已有的多层控制策略的基础上，在每层电容电压平衡控制环中引入SoC前馈，在实现电容电压平衡控制的基础上改善电容电压平衡的动态特性。本发明的重点在SoC平衡控制以及引入SoC前馈的部分，因此本发明可以同时实现分布式储能系统中各子模块储能元件荷电状态平衡控制及电容电压平衡控制。

主权项

一种基于模块化多电平拓扑结构的分布式储能系统的控制方法，其特征在于，包括分布式储能系统中各子模块储能元件荷电状态平衡控制及电容电压平衡控制；所述分布式储能系统中各子模块储能元件荷电状态平衡控制包括以下步骤：1.1)根据分布式储能系统中各子模块储能元件所配备的能量管理系统得到各子模块储能元件的荷电状态值SoCijk，其中，i＝1，2，3…N，N为桥臂中子模块储能元件的总数，j为u或l，u与l分别为上桥臂及下桥臂，k＝{a，b，c}，a、b及c分别表示分布式储能系统的三相；1.2)根据步骤1.1)得到的各子模块储能元件的荷电状态值SoCijk得分布式储能系统中所有子模块储能元件荷电状态的平均值1.3)将步骤1.2)得到的分布式储能系统中所有子模块储能元件荷电状态的平均值及步骤1.1)得到的各子模块储能元件的荷电状态值SoCijk得各子模块储能元件的电流指令值1.4)将步骤1.3)得到的各子模块储能元件的电流指令值与采样得到的对应子模块储能元件的电流实际值ibatt_ijk作差得到的结果输入到PI调节器，再将PI调节器输出的结果与对应子模块储能元件的直流电压ubatt_ijk相加，并将相加所得结果作为对应子模块后级DC‑DC电路的调制波信号，然后将各子模块后级DC‑DC电路的调制波信号与三角载波信号进行比较，得到各子模块后级DC‑DC电路开关信号，最后根据所述各子模块后级DC‑DC电路开关信号来控制分布式储能系统中各子模块储能元件的电荷状态；所述分布式储能系统中各子模块电容电压平衡控制具体包括以下步骤：2.1)根据步骤1.1)所得到的各子模块储能单元的荷电状态值SoCijk得各相中上桥臂的荷电状态平均值及下桥臂的荷电状态平均值以及各相的荷电状态平均值2.2)根据步骤1.2)中得到的所有子模块荷电状态平均值步骤2.1)中得到的a相相荷电状态平均值和b相相荷电状态平均值得电容电压相间平衡控制层的前馈零序电压指令u*o_batt；2.3)根据步骤2.1)得到的各相上桥臂的荷电状态平均值与各相下桥臂的荷电状态平均值得到电容电压桥臂间平衡控制层的前馈交流环流指令i*cirk_batt；2.4)检测系统桥臂电流iarm_jk，当系统桥臂电流方向为正时，符号函数sgn(iarm_jk)＝1；当桥臂电流方向为负时，，符号函数sgn(iarm_jk)＝‑1，将步骤2.1中得到的各相中上桥臂的荷电状态平均值及下桥臂的荷电状态平均值分别与相应桥臂内N个子模块的荷电状态值SoCijk作差，并将作差得到的结果输入到PI调节器，然后将PI调节器输出的结果除以N·P*batt进行归一化处理，再将归一化处理的结果乘以符号函数sgn(iarm_jk)所得的结果作为各桥臂内相应子模块电容电压平衡控制层的端口电压微调前馈系数指令Δαijk_batt；2.5)根据步骤2.3)得到的电容电压桥臂间平衡控制层的前馈交流环流指令i*cirk_batt、步骤2.2)得到电容电压相间平衡控制层的前馈零序电压指令u*o_batt、步骤2.4)得到的各桥臂内相应子模块电容电压平衡控制层的端口电压微调前馈系数指令Δαijk_batt改善电容电压平衡的动态特性，实现分布式储能系统中各子模块电容电压平衡控制。