适用于直流链式储能的电池簇荷电状态自均衡控制策略

张文昕; 赵志勇; 于华龙; 王继慷; 赵志芳; 韩峰

doi:10.7500/AEPS20230506006

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

适用于直流链式储能的电池簇荷电状态自均衡控制策略

工程应用 | 更新时间：2025-06-16

- 适用于直流链式储能的电池簇荷电状态自均衡控制策略
- Self-equalizing Control Strategy for State of Charge of Battery Cluster in DC Cascaded H-Bridge Converter-Battery Energy Storage System
- 电力系统自动化 2024年48卷第2期页码：159-166
- 作者机构：
  
  北京四方继保自动化股份有限公司，北京市 100085
- 作者简介：
  
  张文昕(1997—)，女，硕士，工程师，主要研究方向：直流输电及电力电子控制技术。E-mail：zhangwenxin@sf-auto.com
  赵志勇(1971—)，男，硕士，主要研究方向：电力电子与励磁控制。E-mail：zhaozhiyong@sf-auto.com
  于华龙(1988—)，男，通信作者，博士，高级工程师，主要研究方向：高压直流输电、电力电子控制。E-mail：yuhualong@sf-auto.com
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2020YFB1506800);国家电网有限公司科技项目(52110421005H)
- DOI：10.7500/AEPS20230506006
  中图分类号：
- 收稿：2023-05-06，
  
  修回：2023-10-09，
  
  纸质出版：2024-01-25
- 稿件说明：
移动端阅览
张文昕,赵志勇,于华龙等.适用于直流链式储能的电池簇荷电状态自均衡控制策略[J].电力系统自动化,2024,48(2):159-166.

ZHANG Wenxin,ZHAO Zhiyong,YU Hualong,et al.Self-equalizing Control Strategy for State of Charge of Battery Cluster in DC Cascaded H-Bridge Converter-Battery Energy Storage System[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(2):159-166.
张文昕,赵志勇,于华龙等.适用于直流链式储能的电池簇荷电状态自均衡控制策略[J].电力系统自动化,2024,48(2):159-166. DOI： 10.7500/AEPS20230506006.

ZHANG Wenxin,ZHAO Zhiyong,YU Hualong,et al.Self-equalizing Control Strategy for State of Charge of Battery Cluster in DC Cascaded H-Bridge Converter-Battery Energy Storage System[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(2):159-166. DOI： 10.7500/AEPS20230506006.

摘要

电池储能系统凭借其可提高可再生能源消纳能力的优势逐渐成为电网关键环节，其中的生产、使用环节导致的电池不一致性是影响储能系统容量和寿命的重要因素。在直流型高压级联链式储能的拓扑结构基础上采取分级控制策略，基于电压模式和功率模式的一级控制，针对链式电池储能系统电池荷电状态（SOC）不均衡的问题，提出了一种控制参数自适应的SOC自均衡控制策略。该策略综合考虑电池SOC偏差、各模块电容电压水平、直流系统电压控制裕度以及输出调制比上下限，实时计算均衡系数。实验结果验证了所提策略能够在SOC偏差较大以及满功率充放电切换的极端工况下，实现SOC自均衡，均衡效率较高。

Abstract

Battery energy storage system (BESS) has become a key component of the power grid due to its advantages of improving the accommodation capacity of renewable energy. However

the inconsistency of batteries caused by production and usage processes is a critical factor affecting the capacity and lifespan of energy storage systems. Based on the topology of high-voltage DC cascaded H-bridge converter-battery energy storage system (CHBC-BESS)

a hierarchical control strategy is adopted. Based on the first-level control for a voltage mode and a power mode

a state of charge (SOC) self-equalizing control strategy with adaptive control parameters is proposed to solve the problem of battery SOC unequalizing. The strategy considers the battery SOC deviation

the voltage levels of each module capacitor

the margin in DC system voltage control

and the upper and lower limits of the output modulation ratio. The equalizing coefficient is calculated in real time. Experimental results verify that the proposed strategy can achieve fast self-equalizing and high equalizing efficiency under the working conditions of large SOC deviation and the extreme working conditions of full-power charge-discharge switching.

关键词

Keywords

references

李霞林，郭力，王成山，等 . 直流微电网关键技术研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 1 ）： 2 - 17 .

LI Xialin ， GUO Li ， WANG Chengshan ， et al . Key technologies of DC microgrids： an overview ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 1 ）： 2 - 17 .

RAHIMI-EICHI H ， OJHA U ， BARONTI F ， et al . Battery management system： an overview of its application in the smart grid and electric vehicles ［J］. IEEE Industrial Electronics Magazine ， 2013 ， 7 （ 2 ）： 4 - 16 .

王凯丰，谢丽蓉，乔颖，等 . 电池储能提高电力系统调频性能分析［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 1 ）： 174 - 181 .

WANG Kaifeng ， XIE Lirong ， QIAO Ying ， et al . Analysis of frequency regulation performance of power system improved by battery energy storage ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 1 ）： 174 - 181 .

刘畅，卓建坤，赵东明，等 . 利用储能系统实现可再生能源微电网灵活安全运行的研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 1 ）： 1 - 18 .

LIU Chang ， ZHUO Jiankun ， ZHAO Dongming ， et al . A review on the utilization of energy storage system for the flexible and safe operation of renewable energy microgrids ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 1 ）： 1 - 18 .

何叶，杨晓东，吴红斌，等 . 面向新型配电系统灵活性提升的智能软开关与储能系统协调规划［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 18 ）： 142 - 150 .

HE Ye ， YANG Xiaodong ， WU Hongbin ， et al . Coordinated planning of soft open point and energy storage system for flexibility enhancement of new distribution system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 18 ）： 142 - 150 .

龚春阳，林嘉伟，黄冬梅，等 . 储能系统双向Buck-Boost变换器控制策略研究［J］. 太阳能学报， 2023 ， 44 （ 2 ）： 229 - 238 .

GONG Chunyang ， LIN Jiawei ， HUANG Dongmei ， et al . Research on control strategy of bidirectional buck-boost converter in energy storage system ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2023 ， 44 （ 2 ）： 229 - 238 .

李彬彬，张书鑫，程达，等 . 新型混合式高压直流输电DC/DC变换器［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 7 ）： 116 - 122 .

LI Binbin ， ZHANG Shuxin ， CHENG Da ， et al . Hybrid DC/DC converter for HVDC transmission system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 116 - 122 .

刘畅，蔡旭，李睿，等 . 超大容量链式电池储能系统容量边界与优化设计［J］. 高电压技术， 2020 ， 46 （ 6 ）： 2230 - 2241 .

LIU Chang ， CAI Xu ， LI Rui ， et al . Capacity boundaries and optimization design of ultra-large capacity battery energy storage system based on cascaded H-bridge converter ［J］. High Voltage Engineering ， 2020 ， 46 （ 6 ）： 2230 - 2241 .

孙国强，任佳琦，成乐祥，等 . 基于分数阶阻抗模型的磷酸铁锂电池荷电状态估计［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 23 ）： 57 - 63 .

SUN Guoqiang ， REN Jiaqi ， CHENG Lexiang ， et al . State of charge estimation of LiFePO 4 battery based on fractional-order impedance model ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 23 ）： 57 - 63 .

蔡敏怡，张娥，林靖，等 . 串联锂离子电池组均衡拓扑综述［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 15 ）： 5294 - 5311 .

CAI Minyi ， ZHANG E ， LIN Jing ， et al . Review on balancing topology of lithium-ion battery pack ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 15 ）： 5294 - 5311 .

刘璐，牛萌，郑伟杰，等 . 考虑内部参数不一致性的储能系统用锂电池组建模［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 19 ）： 15 - 23 .

LIU Lu ， NIU Meng ， ZHENG Weijie ， et al . Modeling of lithium-ion battery packs for energy storage system considering inconsistency of internal battery parameters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 19 ）： 15 - 23 .

刘红锐，李海瑞，韦向阳，等 . 一种模块化的高性能蓄电池均衡器研究［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 17 ）： 4574 - 4585 .

LIU Hongrui ， LI Hairui ， WEI Xiangyang ， et al . Research on a modular high performance battery equalizer ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 17 ）： 4574 - 4585 .

YE Y M ， CHENG K W E ， YEUNG Y P B . Zero-current switching switched-capacitor zero-voltage-gap automatic equalization system for series battery string ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2012 ， 27 （ 7 ）： 3234 - 3242 .

YE Y M ， CHENG K W E . Modeling and analysis of series–parallel switched-capacitor voltage equalizer for battery/supercapacitor strings ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2015 ， 3 （ 4 ）： 977 - 983 .

ZHENG X X ， LIU X T ， HE Y ， et al . Active vehicle battery equalization scheme in the condition of constant-voltage/current charging and discharging ［J］. IEEE Transactions on Vehicular Technology ， 2017 ， 66 （ 5 ）： 3714 - 3723 .

SHANG Y L ， CUI N X ， ZHANG C H . An optimized any-cell-to-any-cell equalizer based on coupled half-bridge converters for series-connected battery strings ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2019 ， 34 （ 9 ）： 8831 - 8841 .

姚宏洋，谢晔源，王翀，等 . 基于模块化级联拓扑的高压直流直挂储能装置［J/OL］. 电力自动化设备［ 2023-08-31 ］. https：//doi.org/10.16081/j.epae.202307014 https://doi.org/10.16081/j.epae.202307014 .

YAO Hongyang ， XIE Yeyuan ， WANG Chong ， et al . HVDC direct-mounted energy storage device based on modular cascaded topology ［J/OL］. Electric Power Automation Equipment ［ 2023-08-31 ］. https：//doi.org/10.16081/j.epae.202307014 https://doi.org/10.16081/j.epae.202307014 .

曹善康，吴宇奇，黎钊，等 . 公共阻抗突变及变流器本地负载接入下储能单元荷电状态均衡研究［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 8 ）： 2891 - 2906 .

CAO Shankang ， WU Yuqi ， LI Zhao ， et al . Study on balance of charge state of energy storage unit under common impedance mutation and local load access of converter ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 8 ）： 2891 - 2906 .

米阳，蔡杭谊，宋根新，等 . 考虑不匹配线阻的分布式储能单元荷电状态均衡研究［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 15 ）： 4441 - 4451 .

MI Yang ， CAI Hangyi ， SONG Genxin ， et al . State-of-charge balancing research of distributed energy storage units with unmatched line impedance ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 15 ）： 4441 - 4451 .

曾国辉，朱相臣，曾志伟，等 . 具有公共低压直流母线电压支撑功能的储能单元SOC自动均衡控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 19 ）： 7160 - 7170 .

ZENG Guohui ， ZHU Xiangchen ， ZENG Zhiwei ， et al . Energy storage unit state-of-charge automatic equalization control strategy with common LVDC bus voltage support function ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 19 ）： 7160 - 7170 .

刘畅，蔡旭，陈强 . 链式电池储能系统的荷电状态复合均衡控制策略［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 10 ）： 68 - 77 .

LIU Chang ， CAI Xu ， CHEN Qiang . Compound balancing control strategy of SOC for battery energy storage system based on cascaded H-bridge converter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 10 ）： 68 - 77 .

陈舒钰，刘文华，赵香花，等 . 注入无功功率的链式电池储能系统荷电状态均衡控制策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 8 ）： 83 - 91 .

CHEN Shuyu ， LIU Wenhua ， ZHAO Xianghua ， et al . Balancing control strategy of state of charge for cascaded battery energy storage system with injection of reactive power ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 8 ）： 83 - 91 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

链式电池储能系统的荷电状态复合均衡控制策略

考虑储能电池参与二次调频的综合控制策略

基于开绕组电励磁同步电机接口的新能源并网系统下垂控制策略