一种复合电源储能结构与控制方法与流程

本发明涉及一种复合电源储能，尤其涉及一种复合电源储能结构与控制方法。

背景技术：

能源危机的日趋紧张以及低碳能源的发展需求促进了可再生能源的利用，应用最多的是风电和光伏。这些发电系统的电能具有间歇性，对大电网的安全稳定、可靠性及电能质量造成了影响。在这种情况下，微网被认为是解决问题的可行措施，储能在分布式发电与微网中实现电能的存储、削峰填谷、平抑新能源出力波动以及紧急备用等功能，是分布式发电与微网中必不可少的环节。常见的储能设备可分为功率型和能量型。前者具有功率密度大，响应速度快等优点，但能量密度较小，如超级电容器、超导储能、飞轮储能等；后者具有能量密度大，但功率响应较慢不适于频繁充放电，如蓄电池和抽水蓄能等。由于缺点的限制，单一的储能设备将很难满足分布式发电与微网的要求，因此，必须结合两种或更多的储能组成混合储能系统，充分发挥两种储能设备技术上的互补性。

单一储能设备的拓扑结构应用研究已经很成熟，两种以上不同类型混合储能应用的研究还较少。混合储能中，不同的储能设备通过不同方式连接到公共母线上，可以交流侧并联或直流侧并联。能量转换装置控制储能系统的功率双向流动及最佳运行，该装置的能量损耗及成本是限制其应用的因素，要考虑技术和经济之间的平衡。因此，在相同的应用场合下，可以采用不同拓扑结构的混合储能。

混合储能的优化配置、协调控制以及能量管理是目前应用中的热点问题，直接影响储能系统的成本、寿命周期和效率等，但目前还没有较成熟的方法。

技术实现要素：

为了克服单一的储能设备将很难满足分布式发电与微网的要求的难题，本发明提出一种复合电源储能结构与控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明以超级电容（SC）和蓄电池(Battery)组成的混合储能为例，通过分析几种拓扑结构的优缺点，总结出拓扑结构选取的一般原则。在二级低通滤波原理的基础上，提出了基于电池充放电功率限制的混合储能平滑波动功率控制方法。

复合电源储能结构与控制方法包括：直流侧并联结构、二级低通滤波控制、电池功率限值修正和混合储能功率控制四个部分。

所述直流侧并联结构包括DCAC变流器、两个DCDC变换器、蓄电池和超级电容。

所述二级低通滤波控制是基于功率波动的频谱图，采用低通滤波的方法来确定超级电容和蓄电池的功率。

所述电池功率限值修正是根据电池充放电要求设置功率限值，超出电池充放电功率限值的由超级电容来补偿。

所述混合储能功率控制是根据超级电容和蓄电池的功率能量特点，控制两者之间的功率分配。

本发明的有益效果是：基于二级低通滤波，提出根据频谱图确定滤波时间常数的混合储能控制方法，并结合超级电容和电池各自的储能特点，设置电池充放电功率限值，对滤波输出功率进行修正，由超级电容补偿波动尖峰，充放利用超级电容反应快、循环寿命长及瞬间大电流充放电的特点，有效延长电池使用寿命。

附图说明

图1直流侧并联结构。

图2二级低通滤波控制。

图3电池功率修正限值。

具体实施方案

图1中，DC/DC有变流、调压的功能，因此，可以通过它来连接端电压不同的两种储能元件，对每种储能设备直接控制，同时维持直流母线电压恒定；并优化蓄电池的放电电流，延长其使用寿命；电池和超级电容可以深度放电因此其储能量可以充分利用，可以优化设计系统的额定容量。使用DC/DC还可以使能量管理系统更加灵活配置。

以储能放电功率为正，充电功率为负， 为储能输出功率； 为风电输出功率； 为光伏输出功率； 为并网联络线功率，向电网放电时为正，从电网取电时为负。为减少风电、光伏等间歇式分布式电源对配网电能质量的影响，要对并网联络线输出功率进行平滑。首先对分布式电源输出功率进行傅里叶变换，得到功率波动频谱图。超级电容功率密度大能量密度小，循环寿命长，用来补偿波动频率大但幅值小的分量，电池功率密度小能量密度大，用来补偿波动频率小但幅值较大的分量。

滤波时间常数确定后，储能的参考功率只和分布式电源的出力有关。若分布式电源出力出现较大波动，储能补偿的参考功率也会出现波动。电池的充放电电流要求比较严格，为保障电池的经济优化运行，通常要考虑电池的充放电状态和充放电功率限制。

在电池SOC达到严重限值时，禁止其充放电；在SOC未达到严重限值时，根据电池的额定功率和容量将其充放电功率限制在一定范围内。因此，在满足并网功率波动要求的情况下，对二级低通滤波后的参考功率进行修正，根据电池充放电要求设置功率限值，超出电池充放电功率限值的由超级电容来补偿。