H桥级联型储能功率转换系统-PCS-相内均衡控制策略研究

《H桥级联型储能功率转换系统-PCS-相内均衡控制策略研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第35卷第8期太阳能学报Vol.35,No.82014年8月ACTAENERGIAESOLARISSINICAAug.,2014文章编号：0254-0096（2014）08-1405-06H桥级联型储能功率转换系统（PCS）相内均衡控制策略研究11222郭海峰，陈满，晁刚，凌志斌，李睿（1.中国南方电网有限责任公司调峰调频发电公司，广州5106301；2.电力传输与功率变换控制教育部重点实验室，上海交通大学，上海200240）摘要：主要针对H桥级联型储能功率转换系统（PowerControlSystem，PCS）电池荷电状态（StateofCharge，SOC）的相内均衡控制策略进行理论

2、分析和研究。设计容量等级和额定电压为10kV/2MW的储能功率转换系统，研究电池单元的相内SOC均衡控制策略，构建Matlab仿真模型，仿真验证H桥级联型储能PCS的SOC均衡控制策略。关键词：电池储能；功率转换器系统；H桥级联；SOC均衡控制中图分类号：TM344.1文献标识码：A联多电平结构设计出10kV/2MW的储能功率转换0引言系统，并针对储能电池的相内均衡控制策略问题进电池储能系统主要实现能量的存储和释放，其行了一系列研究。主要组成部分包括电池储能载体和由电力电子器1DC/AC级联功率转换系统件组成的储能功率转换系统（PCS）。PCS主要实现［1］［6，8］充放电控制、功率调节

3、等功能H桥级联多电平功率转换器如图1所示，其大功率电池储能系统的拓扑结构有多种形式，基本单元是H桥功率单元，采用星形连接方式，比如DC/AC单级结构、DC/DC+DC/AC双级结构、H桥功率单元由储能电池单元以及H桥电路组成，［2，3］DC/AC级联多电平结构等。MW级电池储能系且输出电压电能质量较高。统直接接入中压电网，DC/AC单级结构输出电压较AB低，系统容量受到限制，不适用于大功率系统；文C献［4，5］研究了采用DC/DC+DC/AC双级结构的多10kV/2MW级式功率转换器，通过增加DC/DC环节调节电池充1放电电流以达到电池均衡的目的，但这种拓扑增加了开关损耗、体积和成本，降

4、低了效率；上述两种结构的储能变流器通常需要大容量工频变压器隔离2升压后接入中高压电网。基于H桥级联的储能变流器系统容量大，不包含DC/DC环节以及工频变压N=10器，减小了系统损耗及成本，允许采用分立的电池N单元接入各个H桥，冗余性好。文献［6，7］即采用了H桥级联结构，并针对功率均衡及控制进行了研究，但均未考虑电池SOC对输出电压的影响。图1DC/AC级联多电平结构本文分别针对两种电池储能载体，基于H桥级Fig.1Cascademulti-levelstructureofDC/AC收稿日期：2012-04-10基金项目：国家高科技研究发展（863）计划（2011AA0

5、5A111）通信作者：凌志斌（1976—），男，博士、副教授，主要从事风力发电技术、电池储能技术方面的研究。lingzhibin@sjtu.edu.cn1406太阳能学报35卷当采用SPWM载波移相调制方式，每相含N个SOCaVi以V0.5为基准，令载波三角波Uc=，iSOCV级联H桥功率单元的功率转换器可以消除2N倍i0.5N载波比±1次以下的低次谐波，并且单相基波输出电其中SOCa=1∑SOCi，SOCi为第i个H桥功率单Ni=1压的幅值相对于单个H桥功率单元输出电压增大［9，10］元的储能电池单元荷电状态，V0.5表示SOC=0.5时N倍。H桥储能电池单元的输出电压，可推出单个H桥

6、功储能电池在储能系统的成本中占有很大比重，率单元输出电压及单相PCS输出电压：储能电池的使用寿命对储能系统应用前景至关重ìSOCi要。由于储能电池单元本身的差异以及运行过程ïUai=SOCUsV0.5sinωst（2）ía中更新等情况，一相内不同储能电池单元之间的荷ïU=(M,V)=NUVsinωtîas0.5s电状态SOC并不相同，因此需通过某种控制策略对可根据系统需要设置V0.5，Us使之能提供电网每个功率单元的输出功率进行有效控制，否则会导所需电压，可见每个功率单元的输出功率与自身的致电池的过充过放等不良情况，缩短电池的寿命且SOC成正比，且单相PCS输出电压与单个的功率单不利于整

7、个系统的稳定运行。而对电池荷电状态元输出电压无直接关系，也即单个功率单元SOC的（SOC）的均衡是保证电池使用寿命的重要手段，对变化不影响PCS整个一相的输出电压。整个储能电池的SOC均衡控制策略的研究就显得2.1.2储能电池单元处于充电状态尤为重要。通过一定的控制策略使得SOCi≤SOCa的电池在H桥级联结构的储能系统中，SOC均衡控制单元充电功率大，SOCi≥SOCa的电池单元充电功分为相内均衡与相间均衡，相内SOC均衡控制是指