变电站站用蓄电池组SOC均衡控制策略的研究

变电站站用蓄电池组SOC均衡控制策略的研究

崔丽冬

内蒙古电力（集团）有限公司包头供电公司

摘要:蓄电池组是变电站二次设备的核心，本文针对变电站蓄电池组分组运行中产生SOC不一致性，提出基于SOC均衡的多组蓄电池功率优化分配的方法及控制策略，保证各组蓄电池的SOC在充放电过程中始终趋于一致，最后在RTDS环境下仿真验证本文所提出的采用功率优化分配策略的有效性。

关键词：蓄电池组 SOC 均衡控制  RTDS

引言：变电站的直流系统可靠运行是电网安全、稳定、连续运行的保证。而蓄电池作为直流系统的核心，在变电站中担负着断路器的合闸电源及事故情况下的事故照明与全站的直流荷，其运行是否可靠，直接关系到全站电气设备的控制、信号、保护、自动装置及合闸回路、事故照明的运行状况，这些都是非常重要的负荷。可见其在变电站中的重要作用。

蓄电池组的不一致性

   蓄电池的生产过程较复杂，其制作过程的不一致导致了单体电池的不一致。因此在电池制造出厂设置完毕后，需要对电池进行合理的分组。蓄电池的一个重要参数是荷电状态（State of Charge，简称 SOC），本文主要以蓄电池组的SOC来判定电池组之间的不一致性。

基于SOC均衡的两组蓄电池功率的优化分配

通常充电功率在两组电池组之间只进行平均分配，会造成电池组间SOC的差异变大，持续运行下去就会迫使某组电池SOC值越限，导致电池退出运行，从而影响站用直流系统的整体可靠性。

本文以电池组之间的SOC与均值SOC的差值为基准，当大于一定值时，认为蓄电池组运行在极限状态，此时以蓄电池组SOC值为优选条件，以此提出结合最大充放电功率为约束条件的电池组功率优化分配控制策略；当小于一定值时，认为蓄电池组工作在合理的状态，但是为了防止蓄电池运行在极限状态下，所以需要对蓄电池组之间的功率进行微小调整，使得各组蓄电池始终工作在安全的条件下。

具体控制策略描述如下，根据各组电池SOC与均值SOC的差值，确定蓄电池组工作的状态从而确定功率优化分配的方法。首先为了定量描述各组的SOC差异，定义所有组的平均SOC为，两组SOC与平均SOC之间的差值为则有：

          (3-31)

（1）当>5%时，极限状态下的功率优化分配①当时

a）当 时            

                             (3-32)

 b）当时

             (3-33)   

②当时，

a）当时             

         (3-34)

b）当时

        (3-35)

（2）当<5%时，功率微调整优化分配

     (3-36)

式中K为电池组间电流差异分配强度，其值为正。电池组根据的值灵活采用两种功率分配方式 ，既能保证SOC值得快速均衡又能实现对电池的充放电保护。

仿真验证

图7 蓄电池SOC不一致时的功率微调整

如图7所示，当SOC出现差异时，电池组的目标功率由原来的均分开始重新优化分配， 按照分配原则，开始时时SOC偏差值小，调整的功率变化量也小，后来调节量越来越大，经过一段时间后，各组蓄电池SOC逐渐归于一致，SOC一致的两组电池又处于最佳的工作状态，没有出现极限情况。说明将电池组的功率根据自身SOC值来进行优化分配，能使各电池的SOC值始终保持一致，这样直流系统的使用寿命和可靠性。

（1）SOC初始值不同时的功率分配

图8 两组蓄电池SOC极限情况下仿真结果

由图8可以看出两组蓄电池SOC出现极限运行状况时，根据功率分配策略，充电以SOC值低的B组蓄电池组为优先对象，放电以SOC值高的A组蓄电池组为优先对象，所以根据极限SOC下功率分配原则A组电池以设定的最大功率放电，B组电池以最大的功率充电，最终两组蓄电池组的荷电状态快速趋近相等；当运行到<5%时，这时根据判定条件，两组电池的功率重新分配变为微小调节，最后在电池组SOC达到一致时再执行功率均分原则同时进行充放电。最后在功率平均分配策略下，两组蓄电池组的荷电状态值基本保持不变。整体仿真表明在这样功率优化分配策略下不仅保证站用直流系统的可靠性，还保证了电池的充放电深度，在提高其利用率的基础上延长了电池的使用寿命。

4 结束语

研究针对两组蓄电池出现SOC不均衡的现象。根据电池运行的实时状况提出两组蓄电池基于SOC差值大小不同的功率分配方法，一种是考虑SOC微小不一致性的储能系统多储能组功率优化分配策略。另一种是在两组蓄电池组SOC出现极端的情况下，通过约束条件下最大充放电功率的分配后，快速的使SOC趋于一致，这样既确保了电池组正常稳定运行，又保证站用直流系统的可靠性，还延长电池的的使用寿命，节约了经济成本。