[发明专利]一种串联混合储能三端口变换器的荷电状态均衡控制方法

说明书

本发明提出一种串联混合储能三端口变换器的荷电状态均衡控制方法，本发明所述控制方法主要包括外环的SoC均衡控制及内环的电压电流控制，其中外环实现蓄电池SoC的均衡，内环控制则由电压、电流闭环调节构成，并在引入虚拟阻抗控制的基础上实现了混合储能系统的功率分配以及变换器输出电压的稳定。本发明所提出的控制方法简单有效，易于实现模块化设计，并且在实现混合储能元件SoC均衡的同时实现了系统输出电压的稳定。

技术领域

本发明属于变换器控制技术领域，特别是涉及一种串联混合储能三端口变换器的荷电状态均衡控制方法。

背景技术

在直流电力系统中，超级电容和蓄电池相互结合而形成的混合储能系统能有效缓解电力系统中的功率波动，并能提升储能系统的输出性能以及使用寿命。为了满足更高电压等级的直流电力系统的需求，需要将混合储能三端口变换器输出侧进行串联连接，但会引入串联混合储能三端口变换器中储能元件荷电状态(SoC)不均衡以及各变换器之间输出电压不一致等问题，并会对整个系统的稳定运行造成影响。

针对输出串联结构下的直流储能系统，有学者提出一种主从控制策略来实现超级电容的SoC均衡。其中主控制环路用于实现母线电压稳定，其输出的电流控制量与SoC调节控制器的输出相结合作为电流内环的给定参考值，最后通过占空比调节实现控制目标。在该控制策略下，具有更高SoC的超级电容会在控制环路中产生更大的电流参考值，并通过调节占空比增大电流，直到各模块间超级电容的SoC实现均衡。但该控制方法实现较为复杂，且仅实现了传统两端口变换器中超级电容的SoC均衡，并不适用于同时包含蓄电池和超级电容的串联混合储能系统。

发明内容

本发明目的是为了实现串联混合储能三端口变换器中蓄电池SoC均衡以及超级电容SoC自恢复，同时保证均衡过程中变换器总输出电压始终保持稳定，本发明提出一种串联混合储能三端口变换器的荷电状态均衡控制方法。本发明所述控制方法主要包括外环的SoC均衡控制及内环的电压电流控制，其中外环实现蓄电池SoC的均衡，内环控制则由电压、电流闭环调节构成，并在引入虚拟阻抗控制的基础上实现了混合储能系统的功率分配以及变换器输出电压的稳定。本发明所提出的控制方法简单有效，易于实现模块化设计，并且在实现混合储能元件SoC均衡的同时实现了系统输出电压的稳定。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种串联混合储能三端口变换器的荷电状态均衡控制方法，所述方法包括SoC外环均衡控制、移相稳压控制、占空比稳压控制以及虚拟阻抗控制；其中SoC外环均衡控制包括SoC测量环节以及SoC调节器，SoC测量环节根据储能元件的电压电流检测值得到储能元件的SoC值，并将其与参考值比较后送入SoC调节器中，SoC调节器输出相应的控制量与变换器初始电压参考值v_ref相乘后参与蓄电池部分的电压参考值调节，进而实现蓄电池SoC的均衡控制；移相稳压控制则由电压调节器、电流调节器和移相调制组成，电压调节器用于实现变换器输出电压的稳定控制，电流调节器作为内环实现变换器输出电流闭环调节，移相调制用于实现变换器端口1和端口3的功率调节；占空比稳压控制包括电压调节器、电流调节器及占空比调制，电压调节器用于实现每台变换器输出端的电压闭环调节，电流调节器用于实现每台变换器输出端的电流闭环调节，电压调节器与电流调节器组成基本的电压电流双闭环调节，占空比调制通过调节副边开关管占空比实现端口2和端口3之间的功率传输；虚拟阻抗控制则由虚拟电感控制和虚拟电容控制组成，其能够使单台变换器中蓄电池和超级电容进行合理的功率分配，通过虚拟电感控制实现蓄电池响应负载的低频功率变化，通过虚拟电容控制则实现超级电容补偿负载的高频功率变化。

进一步地，在SoC外环均衡控制中，单台变换器中蓄电池控制部分产生的高压侧参考值v^*_hbai表示如下：