级联储能SOC均衡控制仿真（1）

　　随着能源需求的不断增长以及可再生能源的快速发展，储能技术成为关注焦点。在新型电力系统建设中，储能是平抑新能源波动、削峰填谷、支撑电网电压频率稳定的装备。级联 H 桥储能系统因无需高压工频变压器、输出谐波含量低、模块化易扩容、容错性能强等优势，成为高压大容量电网侧储能的主流方案。但模组串联级联带来的 SOC（荷电状态）不一致问题，制约着储能系统的寿命、容量利用率与运行安全性。此前已搭建级联储能双闭环控制模型，但未进行每个模块 SOC 均衡控制的仿真验证，本文基于该模型介绍两种均衡控制算法。
　　二、均衡方法简介
　　相间均衡
　　原理：通过在三相调制波中注入零序电压，改变各相的有功功率分配。由于三相三线制系统中零序电压不会产生零序电流，所以不会影响电网电能质量。
　　操作方法：根据三相平均 SOC 与系统总平均 SOC 的偏差，计算需要注入的零序电压值，将能量从 SOC 较高的相转移到 SOC 较低的相，终使三相平均 SOC 趋于一致。
　　相内均衡
　　原理：在每个子模块的基础调制波上叠加一个与相电压同相位的基波分量，调整子模块的充放电速度。
　　操作方法：放电时，SOC 低的子模块调制波减小，减少放电；SOC 高的子模块调制波增大，增加放电。充电时，SOC 低的子模块调制波增大，增加充电；SOC 高的子模块调制波减小，减少充电，终使同一相内各个子模块的 SOC 逐渐趋于一致。
　　三、仿真模型
　　级联 H 桥部分：通过一个等效模型模拟整体级联 H 桥部分，采用开关函数的方式，将每个 H 桥四个开关管所有可能的开关组合及对应的直流侧输出电压及直流电流情况表示出来。
　　电池部分：采用 matlab 自带电池模型，为开放式模型，电池参数以及拓扑可以根据情况随意设置。通过上述方法建模可实现直流侧电路与 H 桥的灵活搭建，直流侧可以实现各种拓扑的搭建，也可以通过直流电流直接输入的方式以纯数学模型的形式进行模型搭建。
　　整体仿真模型参数：根据级联储能典型的电路拓扑结构，搭建仿真模型。交流电网 37kV，经变压器降至 10kV，级联储能额定功率 10MWA，级联 H 桥子模块数为 20，单个子模块电池额定电压 700V，容量 150Ah，每个电池初始 SOC 为 70%。
　　控制部分：采用 PQ 双闭环控制，控制框图中脉冲生成采用载波移相控制。按照相间均衡和相内均衡的方法搭建相应的控制模型。
　　四、仿真结果
　　为进行均衡算法验证，分别进行稳态运行、充电、放电均衡测试。由于 SOC 变化缓慢，测试时将 SOC 之间的差异设置得比较小，且将相间、相内均衡系数设置得尽量大，以加快均衡时间（SOC 差异较大时均衡系数不宜过大，否则可能容易导致控制过调制）。
　　四象限运行测试：有功进行 0~10MW~ - 10MW~0，无功功率进行 0~10MVar~ - 10MVar~0，进行四象限范围运行，记录换流器功率等相关波形。
　　相内均衡充电测试：设置三相 SOC 初始值为 20% + 0~0.1 的随机数，在电池额定功率充电状态下进行仿真，记录充电时换流器电压、电流波形以及相内均衡电池充电三相 SOC 波形。
　　相内均衡放电测试：设置三相 SOC 初始值为 80% + 0~0.1 随机数，在电池额定功率放电状态下进行仿真，记录电池放电时换流器电压、电流波形以及相内均衡电池放电三相 SOC 波形。
　　相间均衡充电测试：设置三相 SOC 初始值分别为 20%、20.05%、20.1%，在电池额定功率充电状态下进行仿真，记录充电时换流器电压、电流波形以及相间均衡电池充电三相 SOC 波形。
　　相间均衡放电测试：设置三相 SOC 初始值为 80%、80.05%、80.1%，在电池额定功率放电状态下进行仿真，记录放电时换流器电压、电流波形以及相间均衡电池放电三相 SOC 波形。