電池柔性成組儲能系統(tǒng)能量利用率分析及優(yōu)化控制.pdf

1、在傳統(tǒng)電池儲能系統(tǒng)中，單體電池由于自身電壓和容量的限制，在使用時需要大量串并聯(lián)成組，然后連接到變流器。然而電池組中各個單體的容量、內(nèi)阻等參數(shù)存在不一致性，導(dǎo)致在使用過程中單體之間互相制約，使得電池組的能量利用率大幅度降低。為提高電池能量利用率，本文采用電池柔性成組技術(shù)，將含上百只單體串聯(lián)的電池組分成多個低電壓電池模塊，并利用多電平變換器柔性成組。
　　本文研究對象為電池柔性成組儲能系統(tǒng)，從電池組參數(shù)的不一致性分析出發(fā)，分別從電池的

2、能量利用率、系統(tǒng)分組優(yōu)化、優(yōu)化控制三方面展開研究:
　　(1)綜合考慮電池組內(nèi)單體容量和內(nèi)阻分布，建立了電池組可用能量、能量利用率與參數(shù)分布、放電電流的函數(shù)關(guān)系，電池組的能量利用率分析不僅為電池柔性成組提供了背景支持，同時為系統(tǒng)分組優(yōu)化和優(yōu)化控制提供了重要依據(jù)。
　　(2)采用電池柔性成組技術(shù)，在設(shè)計電池柔性成組儲能系統(tǒng)時，需要考慮多種因素對于系統(tǒng)能量利用率的影響，其中，電池分組數(shù)設(shè)計尤其重要。將電池分組后，一方面對于電池一

3、致性要求下降，電池整體能量利用率提高，另一方面變流器數(shù)量增多，損耗增大，變流器效率下降。本文分別分析了電池的能量利用率和分組關(guān)系、變流器效率和分組數(shù)關(guān)系，采用統(tǒng)計和概率的方法對電池分組進行建模，對于一定數(shù)量、一定分布的電池，求解能夠得到最大的系統(tǒng)能量利用率的分組數(shù)，實現(xiàn)分組優(yōu)化。
　　(3)在系統(tǒng)運行過程中，優(yōu)化控制同樣不可忽視，通過優(yōu)化控制保持各個模塊的SOC或外電壓相對一致使用，同時使得每個模塊內(nèi)的單體實現(xiàn)充分地充放電。本文研

4、究的優(yōu)化控制內(nèi)容包括兩級:電池模塊間均衡和電池模塊內(nèi)單體均衡，對于電池模塊間均衡本文研究了SOC均衡、外電壓均衡方法，對于單體均衡，本文提出了基于可用能量最大化的主動均衡算法。
　　本文分別對電池組能量利用率計算方法和分組優(yōu)化模型進行了算例分析，同時以級聯(lián)H橋多電平變換器為例，在Matlab Simulink中搭建了電池柔性成組儲能系統(tǒng)的仿真模型，分別驗證了SOC均衡、外電壓均衡方法，最后，分別設(shè)計實驗驗證了電池分組優(yōu)化模型、基于