基于阻抗源拓扑的超级电容-蓄电池混合储能系统技术方案

基于阻抗源拓扑的超级电容

【技术实现步骤摘要】
基于阻抗源拓扑的超级电容
‑
蓄电池混合储能系统


[0001]本专利技术涉及直流微电网储能
，具体涉及一种基于阻抗源拓扑的超级电容
‑
蓄电池混合储能系统。

技术介绍

[0002]在直流微网中引入储能装置以缓冲功率波动储能技术是目前解决直流微网功率不平衡问题的主要手段，在整合间歇性分布式能源入网方面发挥着不可或缺的重要作用。参考文献[1]“张勤进,牛淼,刘彦呈,曾宇基,陈龙.储能双向DC/DC变换器自适应充放电无缝切换策略[J/OL].电测与仪表:1
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11[2021
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10
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27])。
[0003]由于直流微网功率波动的随机性，需要储能设备具有高能量密度，高功率密度，较长的使用寿命等特点，以目前的发展水平，单一的储能装置无法同时满足能量密度和功率密度兼具的特点。超级电容
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蓄电池混合储能系统能同时满足微网对于稳定功率补偿和快速波动响应的需要，并且电化学储能元件具有成本低，便于安装维护的优点，将两种不同特性的储能结合使用的优势日益明显。
[0004]参考文献[2]“Liu Fangcheng,Liu Jinjun,Zhang Bin,Zhang Haodong and Hasan Saad Ul,"Energy management of hybrid energy storage system(HESS)based on sliding mode control,"Proceedings of The 7th International Power Electronics and Motion Control Conference,2012,pp.406
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410.”。
[0005]参考文献[3]“X.Feng,H.B.Gooi and S.X.Chen,"Hybrid Energy Storage With Multimode Fuzzy Power Allocator for PV Systems,"in IEEE Transactions on Sustainable Energy,vol.5,no.2,pp.389
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397,April 2014.”。
[0006]参考文献[4]“R.Watanabe,Y.Ito,Y.Hida,R.Yokoyama,K.Iba and T.Tsukada,"Optimal capacity selection of hybrid energy storage systems for suppressing PV output fluctuation,"IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies,2012,pp.1
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5.”。
[0007]文献[2]、文献[3]、文献[4]所提及的混合储能系统均采用的是传统分立式双向DC
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DC变换拓扑结构，在需要实现较高升压时需要极高的占空比，存在饱和问题，同时，经典的双向DC
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DC变换拓扑结构中具有两只开关管构成的桥臂，两只开关管的导通与关断阶段之间需要设置死区以避免桥臂的直接导通，这进一步限制了每只开关管的占空比，从而限制了拓扑的电压转换比。
[0008]目前，典型的四种混合储能系统中采用的被动式并联结构、主动式超级电容
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蓄电池并联结构、主动式蓄电池
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超级电容并联结构中，储能元件的容量均不能得到有效利用。参考文献[5]“桑丙玉,陶以彬,郑高,胡金杭,俞斌.超级电容
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蓄电池混合储能拓扑结构和控制策略研究[J].电力系统保护与控制,2014,42(02):1
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6.”。
[0009]在主动式分立模块结构中，采用了两组DC
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DC变换器的结构，虽然能有效利用储能元件的容量，但也存在因结构繁琐造成的成本投入高、损耗大、系统效率不高的缺点。参考
文献[6]“F.Z.Peng,M.Shen and K.Holland,"Application of Z
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Source Inverter for Traction Drive of Fuel Cell—Battery Hybrid Electric Vehicles,"in IEEE Transactions on Power Electronics,vol.22,no.3,pp.1054
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1061,May 2007.”。参考文献[7]“M.Shen,A.Joseph,J.Wang,F.Z.Peng and D.J.Adams,"Comparison of Traditional Inverters and$Z$
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Source Inverter for Fuel Cell Vehicles,"in IEEE Transactions on Power Electronics,vol.22,no.4,pp.1453
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1463,July 2007.”)；并且传统的DC
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DC变换器结构存在电压应力高，在实现较高升压能力时需要极高的占空比导致的饱和问题，需要设置死区等问题。

技术实现思路

[0010]为解决现有储能装置中功率响应输出慢、系统效率低的问题。本专利技术提供一种基于阻抗源拓扑的超级电容
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蓄电池混合储能系统，根据直流母线电压/功率的变化控制装置中不同类型储能元件的充放电状态，在平抑电压/功率波动的同时，合理利用不同类型的储能元件。
[0011]本专利技术采取的技术方案为：
[0012]基于阻抗源拓扑的超级电容
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蓄电池混合储能系统，该系统包括双向阻抗源变换器、储能单元；
[0013]所述双向阻抗源变换器包括电容C1、C2、C3、C4，电感L1、L2、L3，开关管S1、S2、S3、S4；
[0014]所述储能单元包括蓄电池BT、超级电容SC；
[0015]电感L1一端连接开关管S2源极，开关管S2漏极连接电感L3另一端，电感L3一端连接超级电容SC正极，超级电容SC负极连接直流母线；电容C2两端分别连接开关管S2源极、超级电容SC负极；
[0016]电感L1另一端连接开关管S1漏极，开关管S1源极连接电感L2一端，电感L2另一端连接开关管S4漏极，开关管S4源极连接直流母线；电容C1两端分别连接开关管S1漏极、电感L2另一端；
[0017]电容C3一端连接开关管S1源极，电容C3另一端连接超级电容SC负极；蓄电池BT并联连接在电容C3两端；电容C4一端连接电感L2另一端，电容C4另一端连接电感L3另一端；
[0018]开关管S3漏极连接电感L2另一端，开关管S3源极连接超级电容SC负极；
[0019]该系统还包括：采样单元、充本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于阻抗源拓扑的超级电容
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蓄电池混合储能系统，其特征在于该系统包括：双向阻抗源变换器、储能单元；所述双向阻抗源变换器包括电容C1、C2、C3、C4，电感L1、L2、L3，开关管S1、S2、S3、S4；所述储能单元包括蓄电池BT、超级电容SC；电感L1一端连接开关管S2源极，开关管S2漏极连接电感L3另一端，电感L3一端连接超级电容SC正极，超级电容SC负极连接直流母线；电容C2两端分别连接开关管S2源极、超级电容SC负极；电感L1另一端连接开关管S1漏极，开关管S1源极连接电感L2一端，电感L2另一端连接开关管S4漏极，开关管S4源极连接直流母线；电容C1两端分别连接开关管S1漏极、电感L2另一端；电容C3一端连接开关管S1源极，电容C3另一端连接超级电容SC负极；蓄电池BT并联连接在电容C3两端；电容C4一端连接电感L2另一端，电容C4另一端连接电感L3另一端；开关管S3漏极连接电感L2另一端，开关管S3源极连接超级电容SC负极；该系统还包括：采样单元、充电控制器、放电控制器；采样单元输入端分别连接超级电容SC、蓄电池BT、直流母线；采样单元输出端分别连接充电控制器、放电控制器；充电控制器、放电控制器分别连接开关管S1、S2、S3、S4的控制端。2.基于阻抗源拓扑的超级电容
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蓄电池混合储能系统控制方法，其特征在于：根据采样单元采集的直流母线电压/功率信号，控制开关管处于不同的开关状态，使混合储能系统进行充电或放电，充电控制器、放电控制器的输出端连接开关管，通过控制占空比来控制充放电电流的大小。3.如权利要求2所述混合储能系统控制方法的充电控制方法，其特征在于：当直流母线电压瞬时、短暂的升高时，采样单元检测到负载电压升高，将信号传递至充电控制器，充电控制器工作，充电控制器四组脉冲信号分别接四只开关管；双向阻抗源变换器有两种工作模态：模态a：开关管S1、S2、S4断开，S3导通，电容C1、C2经开关管S3向电感L1充电，电容C3经开关管S3向电感L2充电，电容C4经开关管S3向电感L3充电；模态b：开关管S1、S2、S4导通，S3断开，电感L2向电容C1充电，电感L3向电容C2充电，电感L2与直流母线经开关管S4向电容C3充电，电感L3与直流母线经开关管S4向电容C4充电，直流母线与电感L1、L2、L3向超级电容SC充电；当直流母线电压持续升高时，充电控制器工作，首先对超...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈曦，郑峰，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：