基于级联H桥拓扑的电池储能系统及其SOC均衡控制

安徽理工大学电气与信息工程学院 许 天

级联H桥储能变流器因其不需要升压变压器，输出谐波少等优点，得到越来越广泛的关注。本文通过对级联H桥储能系统功率控制分析，针对级联H桥储能系统提出电池相内加入一个基波电压改变相应子模块调制度、相间通过注入零序电压改变各相功率分配，实现相内相间SOC均衡。

级联H桥储能变流器省去变压器，能够直接接入高压电网，且其由多个单相全桥型功率单元串联起来构成变流器的ABC三相，每个子模块功率单元的直流侧和电池进行相连，该拓扑结构使用较低耐压等级的功率单元实现较高的输出电压等级输出，可以省去并网变压器；系统单机功率相比于传统低压方案大幅提高，单机额定输出功率范围为1.5MW-10MW，适合于电网侧储能调峰调频电站、火电机组联合自动发电控制(Automatic Generation Control，AGC)调频和新能源电站提高渗透率等高压大容量储能应用场合。

1 电路拓扑和功率控制

本文使用如图1所示级联储能的拓扑结构。每一相的级联单元个数为N=3，所输出的相电压电平数m=7，所输出线电压为13电平，该拓扑结构可以在不增加开关损耗的状况下，能够实现较好的谐波特性。

图1 级联H桥变流器拓扑

由于储能系统在运行的过程中会造成每个单元释放的功率不同从而导致各单元SOC的不同。所以对级联H桥的研究应该以功率控制为基础。在功率解耦控制时，Vd、Vq的控制方程为：

2 SOC均衡控制

2.1 相内均衡

相内加入一个基波电压改变相应子模块调制度实现相内SOC均衡。……