近年來，在國家對新能源汽車產(chǎn)業(yè)的大力扶持下，動力電池市場需求不斷攀升，退運電池回收處理面臨巨大的壓力。退運電池仍可用于對電池性能要求較低的領域，如儲能系統(tǒng)。

傳統(tǒng)電池儲能系統(tǒng)由大量的電池單體經(jīng)過串并聯(lián)成組后通過DC-AC接入電網(wǎng)，這種拓撲結構簡單，效率高。對于梯次利用電池，由于各單體內(nèi)阻、容量、SOC的差異，導致單體之間在使用過程中相互制約，電池組的能量利用率大幅降低，增加了其在傳統(tǒng)儲能系統(tǒng)中的應用難度。為了削弱由個別電池單體異常對整個電池儲能系統(tǒng)的影響，柔性成組儲能技術得到廣泛應用。

柔性成組技術將低壓電池模塊和電力電子裝置構成的柔性儲能單元級聯(lián)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)電池組與高壓變流器的組合，實現(xiàn)對每一個電池模塊的獨立控制。文獻[9-14]較詳細地描述了H橋級聯(lián)型拓撲（Cascaded H-Bridge,CHB）、模塊化多電平變流器（Modular Multilevel Converter,MMC）和半橋級聯(lián)型拓撲（Cascaded Half-Bridge）三種主要級聯(lián)拓撲結構及優(yōu)缺點。

目前國內(nèi)外多集中于對前兩種拓撲的研究，其均可獨立控制模塊的充放電電流，能量利用率高；采用交流調(diào)試控制策略較復雜。半橋級聯(lián)型拓撲亦可獨立控制模塊電流，較其他兩種拓撲而言，開關數(shù)量少，控制簡單，可靠性高，采用級聯(lián)型結構使得開關頻率降低，效率高，并可實現(xiàn)故障冗余功能，故本文將半橋級聯(lián)拓撲作為主要研究對象。

目前對于半橋級聯(lián)拓撲的應用多集中在級聯(lián)拓撲用于降低紋波電流及調(diào)制方法上。A. A.A. Hafez 采用內(nèi)部模型控制（Internal Model Control, IMC），建立了三模塊半橋級聯(lián)系統(tǒng)。T. Porselvi、 R.Muthu建立了多級直流逆變器，二者實現(xiàn)了較小的電流紋波控制，縮小了電感的體積，但未實現(xiàn)模塊的獨立控制。N.Mukherjee提出了一種適用于不同種類電池的升降壓型級聯(lián)拓撲，且采用前級DC-DC與后級DC-AC分別調(diào)制的方法，但前級DC-DC仍為控制器統(tǒng)一調(diào)制產(chǎn)生控制信號，應用于級聯(lián)模塊數(shù)量較多時，控制策略變得復雜，且穩(wěn)定性變差。

為簡化控制難度，本文基于分布式控制的思想，儲能系統(tǒng)前級DC-DC內(nèi)各半橋模塊與后級DC-AC均采用獨立調(diào)制的方法，大大簡化了系統(tǒng)的控制，提高了級聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；模塊獨立控制實現(xiàn)了不同種類電池接入的可能性，提高了系統(tǒng)的靈活性。

基于半橋級聯(lián)型拓撲，本文設計了電池柔性成組儲能系統(tǒng)架構，分析了半橋級聯(lián)拓撲數(shù)學模型、工作原理，提出了基于下垂控制的串聯(lián)電流控制策略，并針對電池梯次利用分析了均衡控制方法、系統(tǒng)的動態(tài)響應及冗余控制，通過仿真分析及實驗實例，驗證了控制策略的可行性，可實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行及均衡控制。

圖1 半橋級聯(lián)儲能系統(tǒng)架構

圖4 組串控制框圖

圖8 實驗平臺

結論

本文介紹了基于半橋級聯(lián)的柔性儲能系統(tǒng)架構、工作原理，分析了儲能組串的數(shù)學模型，并提出了基于I-V下垂的模塊間協(xié)調(diào)控制策略、均衡方法及儲能組串控制策略、均衡策略。通過理論分析、仿真和實驗驗證得到如下結論：

1）本文所提基于I-V下垂的控制策略，適用于采用分布式控制的半橋級聯(lián)拓撲儲能系統(tǒng)，削弱了由采樣誤差帶來的模塊間出力嚴重不均的影響，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2）本文所提控制方法靈活地實現(xiàn)了儲能組串的電流控制及模塊間的均衡控制，二次調(diào)節(jié)實現(xiàn)了系統(tǒng)的精確控制。

3）均衡控制實現(xiàn)了電池電流的獨立控制，體現(xiàn)了半橋級聯(lián)柔性成組拓撲的優(yōu)越性，對于梯次利用電池的應用推廣具有一定的價值。