北京交通大學(xué)國家能源主動配電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)中心、西安中車永電電氣有限公司的研究人員崔強、王慶軍、童亦斌、王作興、唐泉，在2019年第5期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文（論文標(biāo)題為“基于半橋級聯(lián)的電池柔性成組儲能系統(tǒng)及控制策略”），針對退運電池梯次利用，建立了基于半橋級聯(lián)型拓撲的電池柔性成組儲能系統(tǒng)架構(gòu)，并提出了與之相適應(yīng)的控制策略。

儲能拓撲采用半橋級聯(lián)的方式實現(xiàn)高壓輸出，模塊間采用無主從獨立控制，具有模塊化設(shè)計、結(jié)構(gòu)簡單、等效開關(guān)頻率高、控制簡單等優(yōu)點。根據(jù)儲能系統(tǒng)需求，模塊采用基于下垂控制的電流控制策略，由上位機統(tǒng)一指令，各模塊獨立執(zhí)行，解決了傳統(tǒng)直接電流控制由于采樣誤差造成的系統(tǒng)難以正常工作的問題。

該文進行了理論分析和仿真驗證，并搭建了三模塊級聯(lián)實驗平臺，驗證了基于下垂控制的電流控制策略的可行性，實現(xiàn)了功率控制及模塊間均衡控制，所建儲能系統(tǒng)適用于梯次電池利用。

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(lǐng)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(jié)構(gòu)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(dǎo)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(yīng)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(shù)得到廣泛應(yīng)用。

柔性成組技術(shù)將低壓電池模塊和電力電子裝置構(gòu)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（CascadedH-Bridge,CHB）、模塊化多電平變流器（ModularMultilevelConverter,MMC）和半橋級聯(lián)型拓撲（CascadedHalf-Bridge）三種主要級聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)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(fù)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(guān)數(shù)量少，控制簡單，可靠性高，采用級聯(lián)型結(jié)構(gòu)使得開關(guān)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(yīng)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（InternalModelControl,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(yīng)用于級聯(lián)模塊數(shù)量較多時，控制策略變得復(fù)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(shè)計了電池柔性成組儲能系統(tǒng)架構(gòu)，分析了半橋級聯(lián)拓撲數(shù)學(xué)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(yīng)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。

結(jié)論

本文介紹了基于半橋級聯(lián)的柔性儲能系統(tǒng)架構(gòu)、工作原理，分析了儲能組串的數(shù)學(xué)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(jié)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(yán)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(yīng)用推廣具有一定的價值。