CN114374213A - 级联多电平储能系统及其充放电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于储能系统领域，具体涉及了一种级联多电平储能系统及其控制方法，旨在解决现有技术中支撑电容电压均压控制和储能元件能量均衡控制耦合严重，导致级联多电平储能系统控制模块复杂，系统充放电控制中难以同时兼顾多个控制目标的问题。本发明包括：三相桥臂组成的级联多电平储能变流器，每一相桥臂包括N个子模块单元；交流控制单元、调制单元和N个子模块控制单元组成的储能系统控制器，交流控制单元运行于并网或离网状态，对高压交流侧的电压或功率进行控制，调制单元根据各子模块中储能元件的荷电状态生成各子模块的开关控制信号，子模块控制单元对支撑电容电压进行控制。本发明控制系统简单，充放电控制策略可以同时兼顾多个控制目标。

Description

级联多电平储能系统及其充放电控制方法

技术领域

本发明属于储能系统领域，具体涉及了一种级联多电平储能系统及充放电控制方法。

背景技术

随着可再生能源发电大规模应用以及高速电磁驱动技术的发展，高电压、大容量储能系统应用需求日益迫切。级联多电平储能系统可通过级联扩大储能的电压和容量，是未来储能系统发展的重要趋势之一。

现有的级联多电平储能系统以模块化多电平变流器、级联H桥型多电平变流器为主，一般采用电化学储能元件直接并联在原变流器中的支撑电容上，与半导体开关电路连接，例如发明专利CN102185487A、CN108923518A和CN112803476A。但是，此类技术方案中储能元件的电压受限于交流侧输出电压范围限制，其电压工作范围一般较窄，从而限制了储能元件放电深度，使得能量利用效率低。在充放电过程中电流纹波大造成电池组的健康状态劣化。此外，还有储能元件的电压均衡、SOC均衡难以同时满足等难题也制约了该技术的大规模应用。

发明专利CN105897018A、CN110556852A采用两级变换型电路拓扑，在原变流器的子模块中增加了一级DC-DC变换，将支撑电容与储能元件通过DC-DC变换器连接，储能元件的电压工作范围更宽，且可以实现支撑电容电压稳定控制。但是，级联多电平储能系统既要控制支撑电容电压均压，又要控制储能元件的能量均衡，控制复杂，难以应对功率波动等复杂工况。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有技术中支撑电容电压均压控制和储能元件能量均衡控制耦合严重，导致级联多电平储能系统控制模块复杂，系统充放电控制中难以同时兼顾多个控制目标的问题，本发明提供了一种级联多电平储能系统，该系统包括级联多电平储能变流器和储能系统控制器；

所述级联多电平储能变流器包括三相桥臂，每一相桥臂包括级联的N个子模块单元，用于在系统状态为并网时，电网通过储能变流器对子模块单元中的储能元件充电，在系统状态为离网时，子模块单元中的储能元件通过储能变流器对负载供电；其中，N为正整数；

所述储能系统控制器包括交流控制单元、调制单元和N个分布于所述子模块单元中的子模块控制单元，所述交流控制单元根据系统状态设置控制指令，所述调制单元将控制指令转换为开关控制信号后，通过所述子模块控制单元进行相应的子模块的驱动控制。

进一步地，系统状态为并网时，系统运行方式为功率控制模式，所述储能系统控制器根据储能元件的平均电压计算交流电流参考值，以采样交流侧电流计算反馈值，通过电流环反馈控制实现所述级联多电平储能变流器的交流侧充放电功率的闭环控制。

进一步地，系统状态为离网时，系统运行方式为电压控制模式，所述储能系统控制器采用电压单环开环控制策略对所述级联多电平储能变流器的交流侧输出的电压进行控制。

进一步地，所述子模块单元包括交流侧H桥、DC-DC变换器、储能元件和支撑电容；

所述H桥的第一输入端和第二输入端作为所述子模块单元第一输入端和第二输入端；

所述H桥的第一输出端、所述支撑电容的第一连接端和所述DC-DC变换器的第一输入端连接到一起；

所述H桥的第二输出端、所述支撑电容的第二连接端和所述DC-DC变换器的第二输入端连接到一起；

所述DC-DC变换器的第一输出端和第二输出端分别连接到所述储能元件的正极和负极。

进一步地，所述H桥包括IGBT器件1、IGBT器件2、IGBT器件3和IGBT器件4；

所述IGBT器件1的源极和所述IGBT器件3的漏极连接到一起作为所述H桥的第一输入端；

所述IGBT器件2的源极和所述IGBT器件4的漏极连接到一起作为所述H桥的第二输入端；

所述IGBT器件1的漏极和所述IGBT器件2的漏极连接到一起作为所述H桥的第一输出端x；

所述IGBT器件3的源极和所述IGBT器件4的源极连接到一起作为所述H桥的第二输出端y。

进一步地，所述DC-DC变换器包括IGBT器件5、IGBT器件6和储能滤波电感；

所述IGBT器件5的漏极作为所述DC-DC变换器的第一输入端；

所述IGBT器件6的源极分别作为所述DC-DC变换器的第二输入端以及第二输出端；

所述IGBT器件5的源极和所述IGBT器件6的漏极一起连接到所述储能滤波电感的第一连接端；

所述储能滤波电感的第二连接端作为所述DC-DC变换器的第一输出端。

进一步地，所述子模块控制单元，其对相应的子模块单元的控制包括：

所述子模块控制单元根据所述H桥中的IGBT器件的开关信号驱动控制所述子模块单元中的IGBT器件；

所述子模块控制单元采集对应的子模块单元中的支撑电容电压以及电感电流，进行双闭环控制后生成DC-DC变换器中IGBT器件的开关信号，并对相应的IGBT器件进行驱动控制。

本发明的另一方面，提出了一种级联多电平储能系统的充放电控制方法，基于上述的级联多电平储能系统，该充放电控制方法包括：

步骤S10，获取所述N个子模块单元中N个储能元件的电压，并计算储能元件的实时平均电压U_{s_avr}；

步骤S20，基于所述储能元件的实时平均电压U_{s_avr}，设定所述级联多电平储能变流器的三相交流电流参考值的有功分量为i_{d_ref}；

步骤S30，当U_{s_avr}≤U_le1时，设定i_{d_ref}＝i_ch，其中，i_ch代表为储能元件设定的最大允许充电电流；

当U_le1<U_{s_avr}<U_le2时，设定i_{d_ref}＝P_ch/U_{s_avr}，其中，P_ch代表为储能元件设定的最大允许充电功率；

当U_{s_avr}≥U_le2时，设定i_{d_ref}＝K_pu×(U_nom-U_{s_avr})，其中，K_pu为正常数，代表预先设定的储能元件电压闭环控制比例系数，U_nom代表储能元件的额定充电电压，U_le1、U_le2、U_le3为设定的储能元件充电模式切换判定电压阈值；

步骤S40，进行所述级联多电平储能变流器的三相交流电流i_ha、i_hb和i_hc的park变换，获得所述级联多电平储能变流器交流侧的D轴电流i_hd和Q轴电流i_hq；

步骤S50，i_{d_ref}和i_hd分别作为D轴电流的参考值和反馈值，以0和i_hq分别作为Q轴电流的参考值和反馈值，采用闭环控制策略对电流进行控制，并基于控制环的输出结果，获得所述级联多电平储能变流器的三相调制电压u_ma、u_mb和u_mc；

步骤S60，通过调制单元进行所述三相调制电压u_ma、u_mb和u_mc的调制，获得N个子模块单元的开关控制信号；

步骤S70，基于所述N个子模块单元的开关控制信号，通过所述子模块控制单元进行相应的子模块的驱动控制，实现所述级联多电平储能系统的充放电控制。

进一步地，步骤S60包括：

步骤S61，计算当前相的桥臂各子模块单元中储能元件的荷电状态SOC_i，1≤i≤N；

步骤S62，分别将所述三相调制电压u_ma、u_mb和u_mc进行基频阶梯波调制，分别获得A相桥臂、B相桥臂和C相桥臂的N个阶梯波控制信号；

步骤S63，针对三相桥臂中的任一相，按照阶梯波控制信号的占空比从大到小进行N个阶梯波控制信号的排序；

步骤S64，当系统处于充电状态时，按照荷电状态SOC_i从低到高的顺序进行N个子模块单元的排序，并依次给排序后的N个子模块单元分配N个按照占空比从大到小的顺序排序的阶梯波控制信号；

当系统处于放电状态时，按照荷电状态SOC_i从高到低的顺序进行N个子模块单元的排序，并依次给排序后的N个子模块单元分配N个按照占空比从大到小的顺序排序的阶梯波控制信号。

进一步地，当所述级联多电平储能系统下发储能元件启动充电命令后，所述子模块控制单元的控制过程包括：

子模块控制单元以预先设定的支撑电容电压目标值U_{dc_nom}为给定值，以支撑电容电压u_ci为电压外环反馈值，进行电压外环的闭环控制；

子模块控制单元以电压环的输出u_clo作为电流环的给定值，以电感电流i_Li为电流环的反馈值，进行电流内环的闭环控制；

基于电流内环控制器的输出i_clo，获取所述DC-DC变换器的各IGBT器件的控制信号。

本发明的有益效果：

(1)本发明级联多电平储能系统，针对系统的控制器进行了解耦简化设计，在控制系统中使用子模块控制单元对每个子模块的支撑电容电压进行独立控制，使得在任何工况下均可维持支撑电容电压在额定值附近。同时使用调制单元对储能元件的能量均衡进行调节，从而实现子模块支撑电容电压均压与储能元件能量均衡控制解耦。从而有效降低了系统控制器的复杂度，提升了控制策略的准确性和精度。

(2)本发明级联多电平储能系统，其储能系统控制器中的子模块控制单元与级联多电平储能变流器中的子模块单元一一对应，并通过子模块控制单元进行支撑电容电压的闭环控制，无需额外增加支撑电容电压均压控制策略，有效提升控制效率，降低控制复杂度。

(3)本发明级联多电平储能系统的充放电控制方法，充分结合系统元件配置，在储能系统控制器的调制单元中依据储能元件的荷电状态排序结果，结合储能系统的充放电状态，按顺序分配开关信号来实现，从而实现与支撑电容电压均压控制的解耦，有效提升了控制策略的性能，提高控制精度和准确性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明级联多电平储能系统的拓扑示意图；

图2是本发明级联多电平储能系统一种实施例的级联多电平储能变流器中子模块单元的拓扑示意图；

图3是本发明级联多电平储能系统一种实施例的储能系统控制器连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本发明的一种级联多电平储能系统，该系统包括级联多电平储能变流器和储能系统控制器；

所述级联多电平储能变流器包括三相桥臂，每一相桥臂包括级联的N个子模块单元，用于在系统状态为并网时，电网通过储能变流器对子模块单元中的储能元件充电，在系统状态为离网时，子模块单元中的储能元件通过储能变流器对负载供电；其中，N为正整数；

所述储能系统控制器包括交流控制单元、调制单元和N个分布于所述子模块单元中的子模块控制单元，所述交流控制单元根据系统状态设置控制指令，所述调制单元将控制指令转换为开关控制信号后，通过所述子模块控制单元进行相应的子模块的驱动控制。

为了更清晰地对本发明级联多电平储能系统进行说明，下面结合图1对本发明实施例中各模块展开详述。

本发明第一实施例的级联多电平储能系统，包括级联多电平储能变流器和储能系统控制器，各模块详细描述如下：

级联多电平储能变流器包括三相桥臂，每一相桥臂包括级联的N个子模块单元，用于在系统状态为并网时，电网通过储能变流器对子模块单元中的储能元件充电，在系统状态为离网时，子模块单元中的储能元件通过储能变流器对负载供电；其中，N为正整数。

如图2所示，为本发明级联多电平储能系统一种实施例的级联多电平储能变流器中子模块单元的拓扑示意图，子模块单元包括交流侧H桥、DC-DC变换器、储能元件和支撑电容；

H桥的第一输入端和第二输入端作为子模块单元第一输入端和第二输入端，H桥的第一输出端、支撑电容的第一连接端和DC-DC变换器的第一输入端连接到一起，H桥的第二输出端、支撑电容的第二连接端和DC-DC变换器的第二输入端连接到一起，DC-DC变换器的第一输出端和第二输出端分别连接到储能元件的正极和负极。

H桥包括IGBT器件1、IGBT器件2、IGBT器件3和IGBT器件4；

IGBT器件1的源极和IGBT器件3的漏极连接到一起作为H桥的第一输入端，IGBT器件2的源极和IGBT器件4的漏极连接到一起作为H桥的第二输入端，IGBT器件1的漏极和IGBT器件2的漏极连接到一起作为H桥的第一输出端x，IGBT器件3的源极和IGBT器件4的源极连接到一起作为H桥的第二输出端y。

DC-DC变换器包括IGBT器件5、IGBT器件6和储能滤波电感；

IGBT器件5的漏极作为DC-DC变换器的第一输入端，IGBT器件6的源极分别作为DC-DC变换器的第二输入端以及第二输出端，IGBT器件5的源极和IGBT器件6的漏极一起连接到储能滤波电感的第一连接端，储能滤波电感的第二连接端作为DC-DC变换器的第一输出端。

如图3所示，为，本发明级联多电平储能系统一种实施例的储能系统控制器连接示意图，储能系统控制器包括交流控制单元、调制单元和N个分布于子模块单元中的子模块控制单元，交流控制单元根据系统状态设置控制指令，调制单元将控制指令转换为开关控制信号后，通过子模块控制单元进行相应的子模块的驱动控制。

系统状态为并网时，系统运行方式为功率控制模式，储能系统控制器根据储能元件的平均电压计算交流电流参考值，以采样交流侧电流计算反馈值，通过电流环反馈控制实现级联多电平储能变流器的交流侧充放电功率的闭环控制。

系统状态为离网时，系统运行方式为电压控制模式，储能系统控制器采用电压单环开环控制策略对所述级联多电平储能变流器的交流侧输出的电压进行控制。

子模块控制单元，其对相应的子模块单元的控制包括：

子模块控制单元根据H桥中的IGBT器件的开关信号驱动控制子模块单元中的IGBT器件；

子模块控制单元采集对应的子模块单元中的支撑电容电压以及电感电流，进行双闭环控制后生成DC-DC变换器中IGBT器件的开关信号，并对相应的IGBT器件进行驱动控制。

本发明第二实施例的级联多电平储能系统的充放电控制方法，基于上述的级联多电平储能系统，该充放电控制方法包括：

步骤S10，获取所述N个子模块单元中N个储能元件的电压，并计算储能元件的实时平均电压U_{s_avr}，如式(1)所示：

其中，u_{sa_i}、u_{sb_i}和u_{sc_i}分别为a相、b相和c相中N个储能元件中第i个储能元件的超级电容电压。

步骤S20，基于所述储能元件的实时平均电压U_{s_avr}，设定所述级联多电平储能变流器的三相交流电流参考值的有功分量为i_{d_ref}。

步骤S30，当U_{s_avr}≤U_le1时，设定i_{d_ref}＝i_ch，其中，i_ch代表为储能元件设定的最大允许充电电流；

当U_le1<U_{s_avr}<U_le2时，设定i_{d_ref}＝P_ch/U_{s_avr}，其中，P_ch代表为储能元件设定的最大允许充电功率；

当U_{s_avr}≥U_le2时，设定i_{d_ref}＝K_pu×(U_nom-U_{s_avr})，其中，K_pu为正常数，代表预先设定的储能元件电压闭环控制比例系数，U_nom代表储能元件的额定充电电压，U_le1、U_le2、U_le3为设定的储能元件充电模式切换判定电压阈值。

步骤S40，进行所述级联多电平储能变流器的三相交流电流i_ha、i_hb和i_hc的park变换，获得所述级联多电平储能变流器交流侧的D轴电流i_hd和Q轴电流i_hq。

park变换就是将i_ha、i_hb和i_hc电流进行投影，等效到旋转的D轴和Q轴上，park变换的方法为现有技术中较为成熟的方法，在进行park变换时可以参考现有技术的转换公式，本发明在此不做详述。

步骤S50，i_{d_ref}和i_hd分别作为D轴电流的参考值和反馈值，以0和i_hq分别作为Q轴电流的参考值和反馈值，采用闭环控制策略对电流进行控制，并基于控制环的输出结果，获得所述级联多电平储能变流器的三相调制电压u_ma、u_mb和u_mc。

步骤S60，通过调制单元进行所述三相调制电压u_ma、u_mb和u_mc的调制，获得N个子模块单元的开关控制信号：

步骤S61，计算当前相的桥臂各子模块单元中储能元件的荷电状态SOC_i，1≤i≤N；

步骤S62，分别将所述三相调制电压u_ma、u_mb和u_mc进行基频阶梯波调制，分别获得A相桥臂、B相桥臂和C相桥臂的N个阶梯波控制信号(即这里获得了A相桥臂的N个阶梯波控制信号、B桥臂的N个阶梯波控制信号和C桥臂的N个阶梯波控制信号，一共3×N个阶梯波控制信号)；

步骤S63，针对三相桥臂中的任一相，按照阶梯波控制信号的占空比从大到小进行N个阶梯波控制信号的排序；

步骤S64，当系统处于充电状态时，按照荷电状态SOC_i从低到高的顺序进行N个子模块单元的排序，并依次给排序后的N个子模块单元分配N个按照占空比从大到小的顺序排序的阶梯波控制信号；

当系统处于放电状态时，按照荷电状态SOC_i从高到低的顺序进行N个子模块单元的排序，并依次给排序后的N个子模块单元分配N个按照占空比从大到小的顺序排序的阶梯波控制信号。

步骤S70，基于所述N个子模块单元的开关控制信号，通过所述子模块控制单元进行相应的子模块的驱动控制，实现所述级联多电平储能系统的充放电控制。

当级联多电平储能系统下发储能元件启动充电命令后，子模块控制单元的控制过程包括：

子模块控制单元以预先设定的支撑电容电压目标值U_{dc_nom}为给定值，以支撑电容电压u_ci为电压外环反馈值，进行电压外环的闭环控制；

子模块控制单元以电压环的输出u_clo作为电流环的给定值，以电感电流i_Li为电流环的反馈值，进行电流内环的闭环控制；

基于电流内环控制器的输出i_clo，获取DC-DC变换器的各IGBT器件的控制信号。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程及有关说明，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。

需要说明的是，上述实施例提供的级联多电平储能系统及其控制方法，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。

本发明第三实施例的一种设备，包括：

至少一个处理器；以及

与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的级联多电平储能系统的充放电控制方法。

本发明第四实施例的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现上述的级联多电平储能系统的充放电控制方法。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种级联多电平储能系统，其特征在于，该系统包括级联多电平储能变流器和储能系统控制器；

所述级联多电平储能变流器包括三相桥臂，每一相桥臂包括级联的N个子模块单元，用于在系统状态为并网时，电网通过储能变流器对子模块单元中的储能元件充电，在系统状态为离网时，子模块单元中的储能元件通过储能变流器对负载供电；其中，N为正整数；

所述储能系统控制器包括交流控制单元、调制单元和N个分布于所述子模块单元中的子模块控制单元，所述交流控制单元根据系统状态设置控制指令，所述调制单元将控制指令转换为开关控制信号后，通过所述子模块控制单元进行相应的子模块的驱动控制。

2.根据权利要求1所述的级联多电平储能系统，其特征在于，系统状态为并网时，系统运行方式为功率控制模式，所述储能系统控制器根据储能元件的平均电压计算交流电流参考值，以采样交流侧电流计算反馈值，通过电流环反馈控制实现所述级联多电平储能变流器的交流侧充放电功率的闭环控制。

3.根据权利要求1所述的级联多电平储能系统，其特征在于，系统状态为离网时，系统运行方式为电压控制模式，所述储能系统控制器采用电压单环开环控制策略对所述级联多电平储能变流器的交流侧输出的电压进行控制。

4.根据权利要求1所述的级联多电平储能系统，其特征在于，所述子模块单元包括交流侧H桥、DC-DC变换器、储能元件和支撑电容；

所述H桥的第一输入端和第二输入端作为所述子模块单元第一输入端和第二输入端；

所述H桥的第一输出端、所述支撑电容的第一连接端和所述DC-DC变换器的第一输入端连接到一起；

所述H桥的第二输出端、所述支撑电容的第二连接端和所述DC-DC变换器的第二输入端连接到一起；

所述DC-DC变换器的第一输出端和第二输出端分别连接到所述储能元件的正极和负极。

5.根据权利要求4所述的级联多电平储能系统，其特征在于，所述H桥包括IGBT器件1、IGBT器件2、IGBT器件3和IGBT器件4；

所述IGBT器件1的源极和所述IGBT器件3的漏极连接到一起作为所述H桥的第一输入端；

所述IGBT器件2的源极和所述IGBT器件4的漏极连接到一起作为所述H桥的第二输入端；

所述IGBT器件1的漏极和所述IGBT器件2的漏极连接到一起作为所述H桥的第一输出端x；

所述IGBT器件3的源极和所述IGBT器件4的源极连接到一起作为所述H桥的第二输出端y。

6.根据权利要求5所述的级联多电平储能系统，其特征在于，所述DC-DC变换器包括IGBT器件5、IGBT器件6和储能滤波电感；

所述IGBT器件5的漏极作为所述DC-DC变换器的第一输入端；

所述IGBT器件6的源极分别作为所述DC-DC变换器的第二输入端以及第二输出端；

所述IGBT器件5的源极和所述IGBT器件6的漏极一起连接到所述储能滤波电感的第一连接端；

所述储能滤波电感的第二连接端作为所述DC-DC变换器的第一输出端。

7.根据权利要求6所述的级联多电平储能系统，其特征在于，所述子模块控制单元，其对相应的子模块单元的控制包括：

所述子模块控制单元根据所述H桥中的IGBT器件的开关信号驱动控制所述子模块单元中的IGBT器件；

所述子模块控制单元采集对应的子模块单元中的支撑电容电压以及电感电流，进行双闭环控制后生成DC-DC变换器中IGBT器件的开关信号，并对相应的IGBT器件进行驱动控制。

8.一种级联多电平储能系统的充放电控制方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的级联多电平储能系统，该充放电控制方法包括：

步骤S10，获取所述N个子模块单元中N个储能元件的电压，并计算储能元件的实时平均电压U_{s_avr}；

步骤S20，基于所述储能元件的实时平均电压U_{s_avr}，设定所述级联多电平储能变流器的三相交流电流参考值的有功分量为i_{d_ref}；

步骤S30，当U_{s_avr}≤U_le1时，设定i_{d_ref}＝i_ch，其中，i_ch代表为储能元件设定的最大允许充电电流；

当U_le1<U_{s_avr}<U_le2时，设定i_{d_ref}＝P_ch/U_{s_avr}，其中，P_ch代表为储能元件设定的最大允许充电功率；

当U_{s_avr}≥U_le2时，设定i_{d_ref}＝K_pu×(U_nom-U_{s_avr})，其中，K_pu为正常数，代表预先设定的储能元件电压闭环控制比例系数，U_nom代表储能元件的额定充电电压，U_le1、U_le2、U_le3为设定的储能元件充电模式切换判定电压阈值；

步骤S40，进行所述级联多电平储能变流器的三相交流电流i_ha、i_hb和i_hc的park变换，获得所述级联多电平储能变流器交流侧的D轴电流i_hd和Q轴电流i_hq；

步骤S50，i_{d_ref}和i_hd分别作为D轴电流的参考值和反馈值，以0和i_hq分别作为Q轴电流的参考值和反馈值，采用闭环控制策略对电流进行控制，并基于控制环的输出结果，获得所述级联多电平储能变流器的三相调制电压u_ma、u_mb和u_mc；

步骤S60，通过调制单元进行所述三相调制电压u_ma、u_mb和u_mc的调制，获得N个子模块单元的开关控制信号；

步骤S70，基于所述N个子模块单元的开关控制信号，通过所述子模块控制单元进行相应的子模块的驱动控制，实现所述级联多电平储能系统的充放电控制。

9.根据权利要求8所述的级联多电平储能系统的充放电控制方法，其特征在于，步骤S60包括：

步骤S61，计算当前相的桥臂各子模块单元中储能元件的荷电状态SOC_i，1≤i≤N；

步骤S62，分别将所述三相调制电压u_ma、u_mb和u_mc进行基频阶梯波调制，分别获得A相桥臂、B相桥臂和C相桥臂的N个阶梯波控制信号；

步骤S63，针对三相桥臂中的任一相，按照阶梯波控制信号的占空比从大到小进行N个阶梯波控制信号的排序；

步骤S64，当系统处于充电状态时，按照荷电状态SOC_i从低到高的顺序进行N个子模块单元的排序，并依次给排序后的N个子模块单元分配N个按照占空比从大到小的顺序排序的阶梯波控制信号；

当系统处于放电状态时，按照荷电状态SOC_i从高到低的顺序进行N个子模块单元的排序，并依次给排序后的N个子模块单元分配N个按照占空比从大到小的顺序排序的阶梯波控制信号。

10.根据权利要求9所述的级联多电平储能系统的充放电控制方法，其特征在于，当所述级联多电平储能系统下发储能元件启动充电命令后，所述子模块控制单元的控制过程包括：

子模块控制单元以预先设定的支撑电容电压目标值U_{dc_nom}为给定值，以支撑电容电压u_ci为电压外环反馈值，进行电压外环的闭环控制；

子模块控制单元以电压环的输出u_clo作为电流环的给定值，以电感电流i_Li为电流环的反馈值，进行电流内环的闭环控制；

基于电流内环控制器的输出i_clo，获取所述DC-DC变换器的各IGBT器件的控制信号。

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