[发明专利]一种复杂工况下分布式储能型MMC电池荷电状态三级均衡控制策略

说明书

本发明提供了一种复杂工况下分布式储能型模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter Distributed Energy Storage,MMC‑DES)电池荷电状态(State of Charge,SOC)三级均衡控制策略。针对高电压大功率分布式储能型MMC运行工况和拓扑结构，建立分布式储能型MMC系统控制策略。以此为基础，针对在复杂工况下，相间、桥臂间和子模块间各电池SOC差异，应用梯形积分法离散电池荷电状态方程，建立离散时域预测功率模型和预测电流模型。进而计算出使各电池SOC趋近一致的电池充放电功率预测值或电池电流修正量，实现分布式储能型MMC各电池SOC均衡，解决电池的制造工艺、循环充放电次数不同和老化程度不一等因素导致各电池能量消耗存在差异，剩余电量不一致的问题。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术和储能及节能技术领域，具体涉及一种复杂工况下分布式储能型MMC电池荷电状态三级均衡控制策略。

背景技术

在当前严峻的能源压力和环境压力下，可持续性发展新能源是必然选择。但是，新能源发电出力的间歇性和不确定性导致功率波动、并网困难。储能技术的出现弥补新能源自然特性的缺陷，将新能源发电与大容量储能装置相结合，安全高效的消纳高比例新能源发电，例如级联H桥链式电池储能系统和分布式储能型模块化多电平换流器。而子模块拓扑结构为电池经非隔离型双向DC-DC变换器并联于半、全桥子模块电容侧的分布式储能型MMC因具备运行效率高、外送能力强和可灵活调节储能容量等显著优势，成为最具潜力的储能方案之一。

电池的制造工艺、循环充放电次数不同和老化程度不一等因素导致各电池能量消耗存在差异，剩余电量不一致。且单个电池的容量和输出功率是有限的，避免部分电池由于过度放电或深度充电而退出运行，降低电池的能量利用率。储能系统运行过程中不仅需要考虑储能单元自身的需求，也必须考虑远海风电友好接入的分布式储能型MMC系统在各复杂工况下的需求，实现新能源发电的最大化利用和充分考虑协调运行的问题，保证整个系统的稳定性和安全性。

发明内容

本发明为解决上述在复杂工况下，远海风电友好接入的高电平大容量分布式储能型MMC各电池荷电状态均衡的挑战和问题，提供一种复杂工况下分布式储能型MMC电池荷电状态三级均衡控制策略。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

1.复杂工况下分布式储能型MMC电池SOC三级均衡控制策略，具体为：

步骤1：根据高电平大功率分布式储能型MMC拓扑结构、电池充放电机理和子模块工作模态，分析储能型MMC的不同运行模式和对应的运行工况，建立分布式储能型MMC控制策略和电池控制策略。

步骤2：在动稳态工况下，针对分布式储能型MMC相间、桥臂间和子模块间各电池SOC差异，应用梯形积分法离散不同时刻电池的荷电状态方程，建立离散时域预测功率模型。在此基础上，计算出使电池SOC趋近一致的充放电功率预测量，实现动稳态工况下的分布式储能型MMC相间、桥臂间和子模块间各电池SOC均衡。

步骤3：在交流故障工况下，切换不同的系统保护策略维持分布式储能型MMC的稳定安全运行和输出功率质量。在此同时，针对各电池SOC差异，应用离散时域预测功率模型计算出电池功率预测量，作用于双向DC-DC变换器进行电池充放电功率和SOC控制。

步骤4：在直流故障工况下，系统级控制切换至直流电流控制和双向DC-DC变换器切换至外环子模块电容电压控制，完成不闭锁直流故障穿越。针对各电池SOC差异，建立离散时域预测电流模型，计算出各电池电流修正量。将电池电流修正量叠加于DC-DC变换器外环电压控制生成的电流参考值，得到修正后的各电池电流参考值，实现复杂工况下的分布式储能型MMC所有电池SOC均衡问题。