【摘 要】
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随着电动汽车的大面积投入使用,未来将有大量的储能电池面临淘汰,如何对退役电池进行合理的利用成为了新能源发展领域的研究重点。模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter,MMC）因其具有拓展性强且能实现交直流功率传输等特点,可与退役电池相结合构成储能系统以解决电池梯次利用的问题。然而,当退役电池间的荷电状态（State of Charge,SOC）与健康状态（Stat
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随着电动汽车的大面积投入使用,未来将有大量的储能电池面临淘汰,如何对退役电池进行合理的利用成为了新能源发展领域的研究重点。模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter,MMC）因其具有拓展性强且能实现交直流功率传输等特点,可与退役电池相结合构成储能系统以解决电池梯次利用的问题。然而,当退役电池间的荷电状态（State of Charge,SOC）与健康状态（State of Health,SOH）均存在明显差异时,会对电池的容量利用率及运行寿命产生不利影响。此外,长时间的工作状态容易导致储能单元发生故障进而威胁系统的可靠性及安全性。为解决以上问题,本文就MMC电池储能系统（MMC Battery Energy Storage System,MMC-BESS）的控制策略展开深入研究。为保证MMC电池储能系统具有良好的功率传输特性及环流抑制能力,通过建立其交、直流等效模型,推导能量流动与内部环流间的关系,确立了系统的交、直流功率控制策略及二次环流抑制策略,并设计了相应的控制参数。针对因储能单元故障而导致的系统输出波形畸变问题,设计了本文研究的子模块热备用冗余运行模式下的控制模型,并根据桥臂功率的数学表达式,明确系统环流与SOC均衡间的关系,进一步提出了SOC的三层控制策略,通过对环流中直流分量与基频分量的控制以分别实现相间SOC均衡及同相桥臂间的SOC均衡。结合改进的载波移相调制法,提出了一种用于实现子模块SOC均衡的控制策略,将桥臂子模块划分为固定比较区及滑动比较区,根据桥臂电流的方向对被选择的子模块进行排序处理,保证了各储能电池SOC快速均衡的同时系统的开关频率得到有效降低。针对退役电池梯次利用过程中因健康程度不同而导致的系统运行寿命短的问题,区别于传统将SOH均衡作为唯一的控制目标,提出了一种基于子模块分区管理的双层控制结构,上层SOH均衡控制根据各区块中储能电池的健康程度进行放电深度的计算,下层SOC均衡控制基于上层放电深度指令值对各区块SOC的变化范围进行约束,两层控制结构协同运行,使电池的容量利用率及使用寿命同时得到改善。基于上述理论的研究分析,通过仿真软件及硬件在环实验平台证明了所提控制策略的有效性及可行性。此外,综合考虑均衡时间及降频效果两方面指标,通过对比分析的方法凸显了所提子模块SOC均衡控制策略的优越性。
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