一种基于电池与超级电容的超级电容端电压控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于分布式发电供能技术领域，由于风能与太阳能等可再生能源具有随机性大、间歇性强、出力变化快等特点，因此就地配备一定容量的储能装置对其输出功率波动进行抑制将十分必要。本实用新型专利技术公开一种基于电池与超级电容的超级电容端电压控制装置，包括可再生能源发电装置、超级电容、电池、第一低通滤波器、第二低通滤波器、电能控制装置、减法器Ⅰ、减法器Ⅱ、加法器Ⅰ、加法器Ⅱ和加法器Ⅲ。分别利用电池与超级电容补偿可再生能源输出功率波动中的中低频分量与高频分量的同时，根据超级电容的剩余能量对其输出功率进行修正，以达到有效地控制超级电容端电压的目的。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于分布式发电供能
，特别涉及一种基于电池与超级电容的超级电容端电压控制装置。
技术介绍
可再生能源发电技术，如光伏发电和风力发电以其无污染、可再生、分布广等优点，受到了越来越多的关注。然而，可再生能源发电具有波动性大、随机性强、出力变化快的特点。因此，就地配置一定容量的储能系统，可以有效抑制可再生能源发电输出功率的波动，提高电网接纳可再生能源发电的能力。但单一电池储能功率密度小，当可再生能源出力波动剧烈时，电池输出功率极易达到限幅；而单一的超级电容储能由于能量密度小，又不能长时间供电，因此本专利技术提出利用电池与超级电容混合储能系统对可再生能源输出功率波 动进行抑制，其中超级电容充分地利用其功率密度大的特点，主要负责补偿可再生能源输出功率中的高频波动，有效地避免了电池输出功率达到限幅的现象。目前国内外学者提出的电池与超级电容混合储能系统的控制策略主要有三种I)基于预测的计划输出控制方法。根据可再生能源输出功率预测值与本地负荷预测值，以一定的时间长度为标准，以平衡该时间段内的能量为目标计算电池储能系统的输出功率参考值，再以平衡短时间内的功率波动为目标计算超级电容的输出功率参考值。2)基于滤波的平滑输出控制方法。根据滤波原理，利用电池补偿可再生能源输出功率中的中低频分量；利用超级电容补偿可再生能源输出功率中的高频分量，充分地利用了超级电容功率密度大与电池能量密度大的优点。3)在超级电容滤波控制的基础上提出超级电容的管理方法。根据超级电容的端电压对超级电容的存储能量进行管理，以防止超级电容端电压越限。第一种控制策略比较依赖可再生能源出力预测与负荷预测的准确性，而且所需储能系统的容量一般较大，而第二种控制策略所需储能系统容量较小，但平滑效果必然会受到一定的限制。而且前两种控制策略都没有考虑到超级电容的能量管理，超级电容极易达到其端电压上下限而退出运行。第三种控制策略虽然考虑到了超级电容的端电压控制，但是当超级电容端电压过高或过低时只是一味地减小超级电容的输出功率，没有区分超级电容是处在充电状态还是处在放电放电，该方法没有实现最优的超级电容能量管理。
技术实现思路
本技术的目的为克服现有技术的不足，提出一种基于电池与超级电容的超级电容端电压控制装置，本装置是根据超级电容的实时剩余功率通过电能管理系统EMS输出超级电容输出功率参考值的调整比例值，以此来控制超级电容的端电压。为实现上述目的，本技术的技术方案为一种基于电池与超级电容的超级电容端电压控制装置，包括可再生能源发电装置、超级电容、电池、第一低通滤波器、第二低通滤波器、电能控制装置、减法器I、减法器II、加法器I、加法器II和加法器III;所述可再生能源发电装置的信号输出端与第一低通滤波器的信号输入端连接，第一低通滤波器的信号输出端与减法器I的正输入端连接，可再生能源发电装置的信号输出端与减法器I的负输入端连接，减法器I的输出端与加法器I的正输入端连接；所述可再生能源发电装置的信号输出端与加法器III的正输入端连接，超级电容与加法器III的正输入端连接，加法器III的输出端与第二低通滤波器的信号输入端连接，第二低通滤波器的信号输出端与减法器II的正输入端连接，加法器III的信号输出端与减法器II的负输入端连接，减法器II的输出端与加法器II的正输入端连接；加法器I的输出端与超级电容连接，超级电容与电能控制装置的信号输入端连接，电能控制装置的信号输出端分别与加法器I、加法器II的正输入端连接；加法器II的输出端与电池连接。所述第一低通滤波器和第二低通滤波器为一阶巴特沃兹低通滤波器。 其中一低通滤波器的时间常数大于第二低通滤波器的时间常数。本技术的有益效果采用本技术装置，分别利用电池与超级电容补偿可再生能源发电系统输出功率波动的中低频分量与高频分量，同时能够根据超级电容的剩余功率对超级电容的输出功率进行修正，从而有效控制超级电容端电压。附图说明图I为本技术的系统结构图图2、3为本技术超级电容端电压控制效果图。具体实施方式下面根据说明书附图，详细地介绍一下本技术的的技术方案。如图I所示，一种基于电池与超级电容的超级电容端电压控制装置，包括可再生能源发电装置I、超级电容2、电池3、第一低通滤波器4、第二低通滤波器5、电能控制装置6、减法器I、减法器II、加法器I、加法器II和加法器III ；可再生能源发电装置I的信号输出端与第一低通滤波器4的信号输入端连接，第一低通滤波器4的信号输出端与减法器I的正输入端连接，可再生能源发电装置I的信号输出端与减法器I的负输入端连接，减法器I的输出端与加法器I的正输入端连接；可再生能源发电装置I的信号输出端与加法器III的正输入端连接，超级电容2与加法器III的正输入端连接，加法器III的输出端与第二低通滤波器5的信号输入端连接，第二低通滤波器5的信号输出端与减法器II的正输入端连接，加法器III的信号输出端与减法器II的负输入端连接，减法器II的输出端与加法器II的正输入端连接；加法器I的输出端与超级电容2连接，超级电容2与电能控制装置6的信号输入端连接，电能控制装置6的信号输出端分别与加法器I、加法器II的正输入端连接；加法器II的输出端与电池3连接。第一低通滤波器4和第二低通滤波器5为一阶巴特沃兹低通滤波器。本技术的工作过程由于可再生能源发电装置I具有随机性大、间歇性强、出力变化快等特点，所以采用本技术的超级电容2和电池3实现对可再生能源发电装置I补偿，同时管理超级电容2两端端电压。可再生能源发电装置I输出的功率经过第一低通滤波器4后与输出功率分别作为减法器I的正负输入信号，同时可再生能源发电装置I输出的功率与超级电容2的输出功率分别作为加法器III的输入信号，继而通过第二低通滤波器5后与加法器III的输出功率分别作为减法器II的正负输入信号；超级电容2的剩余功率输入电能控制装置6，经电能控制装置6处理分别得到超级电容2和电池3的修正功率值，减法器I的输出功率与超级电容2的修正功率值作为加法器I的输入信号，继而获得超级电容的参考功率值；减法器II的输出功率与电池的修正功率值作为加法器II的输入信号，继而获得电池的参考功率值。超级电容端电压控制效果图如图2、3所示，图中实线为修改前超级电容输出功率参考值，虚线为经端电压控制修正后的超级电容输出功率参考值，为正表示超级电容放电为负表示超级电容充电。根据本技术 控制装置，当超级电容端电压处于高限值区时，如图2，超级电容应该少充多放；当超级电容端电压处于低限值区时，如图3，超级电容应该少放多充。权利要求1.一种基于电池与超级电容的超级电容端电压控制装置，其特征在于包括可再生能源发电装置(I)、超级电容(2)、电池(3)、第一低通滤波器(4)、第二低通滤波器(5)、电能控制装置(6)、减法器I、减法器II、加法器I、加法器II和加法器III ； 所述可再生能源发电装置(I)的信号输出端与第一低通滤波器(4)的信号输入端连接，第一低通滤波器(4)的信号输出端与减法器I的正输入端连接，可再生能源发电装置(1)的信号输出端与减法器I的负输入端连接，减法器I的输出端与加法器I的正输入端连接； 所述可再生能源发电装置(I)的信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电池与超级电容的超级电容端电压控制装置，其特征在于包括可再生能源发电装置（1）、超级电容（2）、电池（3）、第一低通滤波器（4）、第二低通滤波器（5）、电能控制装置（6）、减法器Ⅰ、减法器Ⅱ、加法器Ⅰ、加法器Ⅱ和加法器Ⅲ；所述可再生能源发电装置（1）的信号输出端与第一低通滤波器（4）的信号输入端连接，第一低通滤波器（4）的信号输出端与减法器Ⅰ的正输入端连接，可再生能源发电装置（1）的信号输出端与减法器Ⅰ的负输入端连接，减法器Ⅰ的输出端与加法器Ⅰ的正输入端连接；所述可再生能源发电装置（1）的信号输出端与加法器Ⅲ的正输入端连接，超级电容（2）与加法器Ⅲ的正输入端连接，加法器Ⅲ的输出端与第二低通滤波器（5）的信号输入端连接，第二低通滤波器（5）的信号输出端与减法器Ⅱ的正输入端连接，加法器Ⅲ的信号输出端与减法器Ⅱ的负输入端连接，减法器Ⅱ的输出端与加法器Ⅱ的正输入端连接；加法器Ⅰ的输出端与超级电容（2）连接，超级电容（2）与电能控制装置（6）的信号输入端连接，电能控制装置（6）的信号输出端分别与加法器Ⅰ、加法器Ⅱ的正输入端连接；加法器Ⅱ的输出端与电池（3）连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建斌，刘智宏，吴宇霆，胡玉峰，王成山，郭力，贾宏杰，刘云，许健，吴家宏，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，天津大学，北京四方继保自动化股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：