一种具有双向三电平的混合储能系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种具有双向三电平的混合储能系统，包括三电平转换电路和混合储能装置，混合储能装置包括超级电容、蓄电池控制电路和蓄电池；三电平转换电路一侧并联直流侧，另一侧依次并联超级电容单元、蓄电池控制电路和蓄电池单元；三电平转换电路用于将直流侧的输入电平转换为三电平输入混合储能装置，或将混合储能装置的输出电平转换为三电平由直流侧输出；蓄电池控制电路，用于控制蓄电池单元的充放电。两个储能器件共用一个三电平转换器，减小整个混合储能系统的体积和成本，还可以根据电流的需求选择不同的工作电压水平，可实现对超级电容和蓄电池的充放电独立控制，且两者不互相影响，此电路还可利用三电平特性平衡中性点电压。

A hybrid energy storage system with bidirectional three-level

【技术实现步骤摘要】
一种具有双向三电平的混合储能系统
本技术属于微电网
，涉及一种具有双向三电平的混合储能系统。
技术介绍
为了提高直流微网系统的暂态和稳态性能，在直流微网中引入混合储能装置，即将两种具有互补特性的储能器件结合，目前混合储能使用最多的器件是蓄电池和超级电容。传统的混合储能装置中每种储能器件都要单独连接一个转换器，这种结构会大大增加混合储能的体积和成本，同时导致控制策略复杂；由于储能器件在荷电状态较低时，直流母线电压与其端电压之间的压差很大，需要大电感来减小储能器件充放电电流的波动，这也会增加混合储能的体积。目前，有针对电动汽车提出了一种新的蓄电池超级电容混合储能电路结构。这种结构减少了功率半导体数量，但其只有两个电压等级，超级电容不能有效抑制高频直流电压波动，将会导致直流母线电压调节恶化，所以，这种电路结构不适合在微电网中应用；还有人提出另外一种新的混合储能系统构型，可以部分缓解超级电容上的高电压和高频波纹，但是，电池和超级电容不能独立控制，因为直流微电网需要独立的调节和不同储能器件之间的适当协调，所以这种电路结构也不能满足微电网需求。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术中混合储能装置体积大、成本高且只有两个电压等级的缺点，提供一种具有双向三电平的混合储能系统。为达到上述目的，本技术采用以下技术方案予以实现：一种具有双向三电平的混合储能系统，包括三电平转换电路和混合储能装置，混合储能装置包括超级电容单元、蓄电池控制电路和蓄电池单元；三电平转换电路一侧并联直流侧，另一侧依次并联超级电容单元、蓄电池控制电路和蓄电池单元；三电平转换电路用于将直流侧的输入电平转换为三电平输入混合储能装置，或将混合储能装置的输出电平转换为三电平由直流侧输出；蓄电池控制电路，用于控制蓄电池单元的充放电。本技术进一步的改进在于：所述三电平转换电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一储能电容和第二储能电容；第一储能电容一端连接第二储能电容一端，另一端连接直流侧正极母线和第一开关管的集电极；第二储能电容另一端连接直流侧负极母线；第一开关管的发射极连接第二开关管的集电极，第一开关管和第二开关管的连接线连接超级电容单元的正极端，第二开关管的发射极连接第三开关管的集电极，第三开关管的发射极连接第四开关管的集电极和超级电容单元的负极端，第四开关管的发射极连接第二储能电容连接直流侧负极母线的一端，第一储能电容和第二储能电容的连接线上设置中性点N，中性点N与第二开关管和第三开关管的连接线连接。所述电平转换电路还包括滤波电感，第一开关管和第二开关管的连接线通过滤波电感连接超级电容单元的正极端。所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管均为IGBT开关管。所述蓄电池控制电路包括第一开关管和第二开关管；第一开关管的集电极连接超级电容单元的正极端，发射极连接第二开关管的集电极，第二开关管的发射极连接超级电容单元的负极端和蓄电池单元的负极端，第一开关管和第二开关管的连接线连接蓄电池单元的正极端。所述电池控制电路3还包括滤波电感，第一开关管和第二开关管的连接线通过滤波电感连接蓄电池单元的正极端。所述第一开关管和第二开关管均为IGBT开关管。所述超级电容单元包括若干个串联的超级电容，所述蓄电池单元包括若干个串联的蓄电池。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：通过一个三电平转换电路连接超级电容单元和蓄电池单元两种储能器件，相较于传统的混合储能系统中每种储能器件都要单独连接一个转换器的设计，能够大大减小混合储能系统的体积和成本，也能简化控制策略；三电平转换电路的设计，可以实现三种电平的输入和输出，当储能器件在荷电状态较低时，直流侧电压与混合储能装置电压之间的压差很大时，可以用中间电平减小直流侧电压与混合储能装置电压的压差，不需要大电感来减小混合储能装置充放电电流的波动，进一步减少混合储能装置的体积和成本。同时设置蓄电池控制电路，通过蓄电池控制电路控制蓄电池充放电，实现超级电容单元和蓄电池单元两种储能器件的独立控制，蓄电池单元和超级电容单元独立控制，进而更好的协调蓄电池单元和超级电容单元的能量分配。附图说明图1为本技术的具有双向三电平的混合储能系统拓扑图；图2为本技术的以Vdc电平充电示意图；图3为本技术的以Vdc/2电平充电的一种方式示意示意图；图4为本技术的以Vdc/2电平充电的另一种方式示意图；图5为本技术的中性点电压平衡方法流程图。其中：1-三电平转换电路；2-超级电容；3-蓄电池控制电路；4-蓄电池。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。下面结合附图对本技术做进一步详细描述：参见图1，本技术具有双向三电平的混合储能系统，包括三电平转换电路1和混合储能装置；三电平转换电路1，用于将直流侧的输入电平转换为三电平输入混合储能装置，或者将混合储能装置的输出电平转换为三电平；混合储能装置包括超级电容2、蓄电池控制电路3和蓄电池4；三电平转换电路1一侧依次并联超级电容2、蓄电池控制电路3和蓄电池4，蓄电池控制电路3，用于控制蓄电池4的充放电。三电平转换电路1另一侧并联直流侧，直流侧包括直流侧负极母线和直流侧正极母线。三电平转换电路1包括四个IGBT开关管，分别是第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3和第四开关管S4，以及第一储能电容C1和第二储能电容C2，还包括第一滤波电感L1。第一储能电容C1一端连接第二储能电容C2一端，另一端连接直流侧正极母线和第一开关管S1的集电极；第二储能电容C2另一端连接直流侧负极母线；第一开关管S1的发射极连接第二开关管S2的集电极，第一开关管S1和第二开关管S2的连接线通过第一滤波电感L1连接超级电容2的正极端，第二开关管S2的发射极连接第三开关管S3的集电极，第三开关管S3的发射极连接第四开关管S4的集电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有双向三电平的混合储能系统，其特征在于，包括三电平转换电路(1)和混合储能装置，混合储能装置包括超级电容单元、蓄电池控制电路(3)和蓄电池单元；三电平转换电路(1)一侧并联直流侧，另一侧依次并联超级电容单元、蓄电池控制电路(3)和蓄电池单元；/n三电平转换电路(1)用于将直流侧的输入电平转换为三电平输入混合储能装置，或将混合储能装置的输出电平转换为三电平由直流侧输出；/n蓄电池控制电路(3)，用于控制蓄电池单元的充放电。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有双向三电平的混合储能系统，其特征在于，包括三电平转换电路(1)和混合储能装置，混合储能装置包括超级电容单元、蓄电池控制电路(3)和蓄电池单元；三电平转换电路(1)一侧并联直流侧，另一侧依次并联超级电容单元、蓄电池控制电路(3)和蓄电池单元；
三电平转换电路(1)用于将直流侧的输入电平转换为三电平输入混合储能装置，或将混合储能装置的输出电平转换为三电平由直流侧输出；
蓄电池控制电路(3)，用于控制蓄电池单元的充放电。


2.根据权利要求1所述的具有双向三电平的混合储能系统，其特征在于，所述三电平转换电路(1)包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一储能电容和第二储能电容；
第一储能电容一端连接第二储能电容一端，另一端连接直流侧正极母线和第一开关管的集电极；第二储能电容另一端连接直流侧负极母线；第一开关管的发射极连接第二开关管的集电极，第一开关管和第二开关管的连接线连接超级电容单元的正极端，第二开关管的发射极连接第三开关管的集电极，第三开关管的发射极连接第四开关管的集电极和超级电容单元的负极端，第四开关管的发射极连接第二储能电容连接直流侧负极母线的一端，第一储能电容和第二储能电容的连接线上设置中性点N，中性点N与第二开关管和第三开关管的连接线连接。


3.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈景文，张文倩，肖妍，周光荣，周媛，王培瑞，李晓飞，罗熠文，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61