一种多模块混合储能能量实时恢复系统的结构及运行模式的制作方法

本发明涉及混合储能，特别涉及一种多模块混合储能能量实时恢复系统的结构及运行模式。

背景技术：

1、传统的混合储能应用的研究重点在于保证直流微网的稳定性，却忽视了对混合储能系统中蓄电池使用寿命问题的研究。当混合储能系统中的蓄电池长期处在较低或者较高的荷电状态时，会减少混合储能系统的使用寿命。

2、现有技术的缺陷在于：

3、1、混合储能应用的研究重点在于确保直流微网的稳定，未对蓄电池能量的实时恢复进行研究；

4、2、传统的混合储能的应用中蓄电池的寿命不长，需要时常更换。

5、现有采用的储能直流微电网方案中常用的拓扑结构如图1所示，该拓扑结构的主电路包含三部分：能量产生区、混合储能系统区和用电负荷区。其中混合储能系统的作用是为了实现储能功能。但当混合储能系统中的蓄电池时常工作，会对蓄电池的寿命造成较大影响。相比于本方案对混合储能系统的优化设计具有明显的缺点。

技术实现思路

1、为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种多模块混合储能能量实时恢复系统的结构及运行模式，通过在混合储能系统中加入多个混合储能模块，将混合储能单元进行了优化，实现了蓄电池能量的实时恢复，有效延长了蓄电池的使用寿命。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种多模块混合储能能量实时恢复系统的结构，在混合储能系统中设计使用三个储能模块，分别为储能模块一、储能模块二、储能模块三，储能模块一、储能模块二、储能模块三分别通过双向dc/dc变换器与直流母线连接，且三个储能模块两两之间也通过双向dc/dc变换器相连；

4、其中，整体拓扑结构由三个区域组成：区域一为能量产生区、区域二为混合储能系统区和区域三为用电负荷区；

5、区域一、区域二、区域三在直流母线上的串联，区域一上产生的能量通过直流母线向区域二储能系统、区域三用电负荷区供，。区域二存储的能量通过直流母线向区域三用电负荷区供能。

6、混合储能系统为整体拓扑结构的一部分，其结构如整体拓扑图中的区域二所示。

7、所述区域一由分布式可再生能源组成，运行在最大功率点跟踪(maximum powerpoint tracking，mppt)模式下，向直流母线输出能量，整体系统满足如下能量守恒公式：w1＝w2+w3+w4，其中，w1为区域一中产生的能量，w2为混合储能系统中的能量，w3为用电负荷消耗的能量，w4为直流母线上的能量。

8、所述储能模块一、储能模块二、储能模块三中各自包含蓄电池和超级电容器，蓄电池和超级电容器两个器件并联连接，考虑到混合储能系统的三种工作状态即向直流母线充能、从直流母线吸收能量、储能系统与直流母线没有能量交换，以及各储能模块中蓄电池的soc，并将蓄电池的soc进行划分，soc(state ofcharge)，即荷电状态，用来反映电池的剩余容量，其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值，常用百分数表示，其取值范围为0～1，当soc＝0时表示电池放电完全，当soc＝1时表示电池完全充满，将蓄电池的soc划分为0％-20％，20％-80％，80％-100％，并将其分别命名为soclow、socmiddle、sochigh三种。

9、所述三个储能模块中蓄电池soc状态将组合为10种，设定状态1为soclowsoclowsoclow，状态2为socmiddlesocmiddlesocmiddle，状态3为sochighsochighsochigh，状态4为soclowsoclowsocmiddle，状态5为soclowsoclowsochigh，状态6为socmiddlesocmiddlesoclow，状态7为socmiddlesocmiddlesochigh，状态8为sochighsochighsoclow，状态9为sochighsochighsocmiddle，状态10为soclowsocmiddlesochigh。

10、一种多模块混合储能能量实时恢复系统的结构的运行模式，包括以下步骤；

11、当可再生能源产生的能量超过用电负荷所需能量时，就需要混合储能系统向直流母线吸收能量，当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态1、2时，三个储能模块通过各自与直流母线连接的双向dc/dc变换器从直流母线上吸收能量；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态3时，各储能模块停止从直流母线上吸收能量；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态4时，三个储能模块将通过各自与直流母线连接的双向dc/dc变换器从直流母线上吸收能量，且此时蓄电池soc状态为middle的储能模块将通过与另两个储能模块的双向dc/dc变换器向另两个储能模块供能；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态5时，蓄电池soc状态为low的两个储能模块将通过双向dc/dc变换器从直流母线上吸收能量，另一个soc状态为high的储能模块将通过双向dc/dc变换器向另两个储能模块供能；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态6时，三个储能模块通过各自与直流母线连接的双向dc/dc变换器从直流母线上吸收能量，同时，soc状态为middle的两个储能模块向soc状态为low的储能模块供能；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态7时，soc状态为middle的两个储能模块将从直流母线上吸收能量，soc状态为high的储能模块将向另两个储能模块供能；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态8时，soc状态为low的储能模块将从直流母线上吸收能量，另两个soc状态为high的储能模块向soc状态为low的储能模块供能。当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态9时，soc状态为middle的储能模块将从直流母线上吸收能量，另两个soc状态为high的储能模块向soc状态为middle的储能模块供能；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态10时，soc状态为low、middle的储能模块通过双向dc/dc变换器从直流母线上吸收能量，soc状态为high的储能模块向另两个储能模块供能，soc状态为middle的储能模块向soc状态为low的储能模块供能；

12、当可再生能源产生的能量无法满足用电负荷时，就需要混合储能系统向直流母线释放能量，当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态1时，各储能模块停止向直流母线释放能量；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态2时，此时三个储能模块通过各自与直流母线连接的双向dc/dc变换器向直流母线释放能量；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态3时，此时三个储能模块通过各自与直流母线连接的双向dc/dc变换器向直流母线释放能量；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态4时，蓄电池soc状态为middle的储能模块通过双向dc/dc变换器向直流母线和另两个soc状态为low的储能模块供能；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态5时，蓄电池soc状态为high的储能模块通过双向dc/dc变换器向直流母线和另两个soc状态为low的储能模块供能；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态6时，soc状态为middle的两个储能模块向直流母线和soc状态为low的储能模块供能。当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态7时，三个储能模块均向直流母线供能，同时，soc状态为high的储能模块向另两个储能模块供能；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态8时，两个soc状态为high的储能模块向直流母线和soc状态为low的储能模块供能；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态9时，三个储能模块均向直流母线供能，同时，两个soc状态为high的储能模块向soc状态为middle的储能模块供能。当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态10时，soc状态为middle、high的储能模块通过双向dc/dc变换器向直流母线供能，同时，soc状态为high的储能模块向另两个储能模块供能，soc状态为middle的储能模块向soc状态为low的储能模块供能；

13、当可再生能源产生的能量正好满足用电负荷时，此时储能系统与直流母线没有能量交换；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态1、2、3时，此时各储能模块间无能量交换。当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态4时，蓄电池soc状态为middle的储能模块通过双向dc/dc变换器向另两个soc状态为low的储能模块供能。当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态5时，蓄电池soc状态为high的储能模块通过双向dc/dc变换器向另两个soc状态为low的储能模块供能；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态6时，soc状态为middle的两个储能模块soc状态为low的储能模块供能；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态7时，soc状态为high的储能模块向另两个储能模块供能。当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态8时，两个soc状态为high的储能模块向soc状态为low的储能模块供能；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态9时，两个soc状态为high的储能模块向soc状态为middle的储能模块供能；当混合储能系统中的三个储能模块中蓄电池soc为状态10时，soc状态为high的储能模块向另两个储能模块供能，soc状态为middle的储能模块向soc状态为low储能模块供能。

14、本发明的有益效果。

15、本发明通过在混合储能系统中加入多个混合储能模块，将混合储能单元进行了优化，实现了蓄电池能量的实时恢复，有效延长了蓄电池的使用寿命。

16、当蓄电池长期工作在soc状态为low、high时，蓄电池的寿命将会降低许多，本发明中的运行模式下通过由三个蓄电池和直流母线间的实时能量交换，极大减少蓄电池工作在soc状态为low、high的时间，有效延长了蓄电池的使用寿命。以三个储能模块中蓄电池soc状态为例，三个储能模块中蓄电池soc为状态4时，soc在20％-80％的蓄电池给soc状态为0％-20％的两个蓄电池供电，三个储能模块中蓄电池soc为状态5时，soc在80％-100％的蓄电池给soc状态为0％-20％的两个蓄电池供电，三个储能模块中蓄电池soc为状态6时，soc在20％-80％的两个蓄电池给soc状态为0％-20％的蓄电池供电，三个储能模块中蓄电池soc为状态7时，soc在80％-100％的蓄电池给soc状态为20％-80％的两个蓄电池供电，三个储能模块中蓄电池soc为状态8时，soc在80％-100％的两个蓄电池给soc状态为0％-20％的蓄电池供电，三个储能模块中蓄电池soc为状态9时，soc在80％-100％的两个蓄电池给soc状态为20％-80％的蓄电池供电，三个储能模块中蓄电池soc为状态10时，三个蓄电池soc状态有三种，soc状态在80％-100％的蓄电池向soc状态为20％-80％和0％-20％的两蓄电池供电，同时soc状态为20％-80％的蓄电池向soc状态为0％-20％的蓄电池供电，形成蓄电池间的能量实时恢复，由此极大减少蓄电池工作在soc状态为low、high的时间，有效延长了蓄电池的使用寿命。