一种混合储能系统及其在微网中的能量管理方法技术方案

一种混合储能系统及其在微网中的能量管理方法，系统包括设有磷酸铁锂蓄电池的磷酸铁锂储能系统及其双向储能AC/DC、设有超级电容器的超级电容储能系统，特征是设有双向储能DC/DC，其一侧与超级电容器连接，另一侧与直流母线配电线路连接，直流母线配电线路与双向储能AC/DC的一侧连接，双向储能AC/DC的另一侧与交流母线配电线路连接。由能量管理系统实时分别检测与判定混合储能系统的储能单元的荷电状态，实时分别调整与控制混合储能系统的储能单元的能量流动方向和幅值，充分发挥超级电容器迅速补偿电网波动的功能，满足无缝切换以及孤岛暂态运行的要求，保持不间断供电，显著提高供电可靠性，实现微网运营效益及成本最优化。

【技术实现步骤摘要】
一种混合储能系统在微网中的能量管理方法
本专利技术涉及微网，特别是涉及一种混合储能系统在微网中的能量管理方法。
技术介绍
微网是分布式发电的一种组织形式，其由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷、监控系统，以及保护装置组成小型发配电系统，能够实现自我控制、保护和管理，既可以与外部电网并网稳态运行，也可以孤立运行。微网中的风电和太阳能光伏等分布式发电单元的输出功率具有间歇性和随机性的特点，而负荷的变化也具有随机性，给微网的稳定运行造成负面影响。然而，随着可再生能源分布式发电系统的大规模发展，以及各种功率具有脉动性用电设备的日益增多，为了维持微网内部的瞬时能量平衡，储能装置尤其是大容量的电力储能装置往往需要频繁地吸收或释放较大功率。作为常用储能装置的蓄电池在。频繁的大功率充放电和深度放电过程中会出现温度升高、正负极板上的活性物质脱落等现象，导致蓄电池容量积累性亏损，并在短时间内快速下降，严重影响蓄电池的使用寿命，以及微网正常稳定的运行。此外，现有由包括设有磷酸铁锂蓄电池的直流侧磷酸铁锂储能系统及其双向储能交流/直流变换器(AlternateCurrent/DirectCurrentconverter，缩略词为AC/DC)的第一储能单元和包括设有超级电容器的直流侧超级电容储能系统的第二储能单元的组成的混合储能系统中，磷酸铁锂蓄电池和超级电容器是直接连接到直流母线配电线路，再连接双向储能AC/DC，并由双向储能AC/DC连接到交流母线配电线路，这种拓扑不能充分发挥超级电容器迅速补偿电网波动的功能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种混合储能系统在微网中的能量管理方法。本专利技术的混合储能系统技术问题通过以下技术方案予以解决。这种混合储能系统，包括设有磷酸铁锂蓄电池的直流侧磷酸铁锂储能系统及其双向储能AC/DC的第一储能单元和包括设有超级电容器的直流侧超级电容储能系统的第二储能单元，所述磷酸铁锂蓄电池直接连接到直流母线配电线路，所述直流母线配电线路与双向储能AC/DC的直流侧连接，所述双向储能AC/DC的交流侧通过第三支路断路器与交流母线配电线路连接，所述直流侧磷酸铁锂储能系统用于平抑微网中光伏发电系统发出的功率波动以及在微网处于孤岛稳态运行时延长对负荷的供电，所述超级电容储能系统用于平抑微网中光伏发电系统发出的功率波动，以及在微网处于孤岛稳态运行时配合所述直流侧磷酸铁锂储能系统供电，以满足对负荷不间断供电的需求。这种混合储能系统的特点是：设有双向储能直流/直流变换器(Directcurrent/Directcurrentconverter，缩略词为DC/DC)，所述双向储能DC/DC的一侧与直流侧超级电容储能系统的超级电容器连接，所述双向储能DC/DC的另一侧与所述直流母线配电线路连接，所述直流母线配电线路与所述双向储能AC/DC的直流侧连接，所述双向储能DC/DC用于充分发挥超级电容器迅速补偿电网波动的效果。本专利技术的混合储能系统技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。所述双向储能DC/DC，是三相交错并联式结构的双向半桥变换器，其总输出电流为三个单元电路输出电流之和，平均电流为三个单元电路输出电流平均值的三倍，其脉动频率也是三个单元电路脉动频率的三倍，使三个单元电路输出电流的纹波相互抵消，进而使变换器的总输出电流脉动值明显减小，变换器的等效开关频率高，快速对超级电容器充电或放电，充分发挥超级电容器迅速补偿电网波动的功能。所述双向储能DC/DC快速对超级电容器充电，是以恒流限压的方式单向为超级电容器充电，所述双向储能DC/DC处于充电状态。所述双向储能DC/DC快速对超级电容器放电，是以恒流限压的方式单向为超级电容器放电，所述双向储能DC/DC处于放电状态。本专利技术的混合储能系统在微网中的能量管理方法技术问题通过以下技术方案予以解决。这种混合储能系统在微网中的能量管理方法，由微网中的能量管理系统(EnergyManagementSystem，缩略词为EMS)在微网运行中实时分别检测与判定所述混合储能系统的储能单元的荷电状态(StateofCharge，缩略词为SOC)，实时分别调整与控制混合储能系统的储能单元的能量流动方向和幅值，稳定微网的交流母线配电线路电压，满足负荷不间断供电的需求，实现微网运行成本最优化。这种混合储能系统在微网中的能量管理方法的特点是：在微网处于并网稳态运行时，所述调整与控制混合储能系统的储能单元的能量流动方向和幅值如下：如果超级电容储能系统的超级电容器与磷酸铁锂储能系统的磷酸铁锂蓄电池SOC是微网必须切除普通负荷时相应的SOC比例阈值，由所述EMS发出指令，控制双向储能DC/DC处于充电状态，以恒流限压的方式单向为超级电容器充电，且控制双向储能AC/DC处于整流状态；如果超级电容储能系统的超级电容器SOC是微网足以满足孤岛运行时相应的SOC比例阈值，由所述EMS发出指令，控制双向储能DC/DC处于待机状态，超级电容器停止充放电，磷酸铁锂蓄电池继续充电，且控制双向储能AC/DC处于整流状态；如果超级电容储能系统的超级电容器与磷酸铁锂储能系统的磷酸铁锂蓄电池SOC都是微网足以满足孤岛运行时相应的SOC比例阈值，由所述EMS发出指令，控制双向储能DC/DC和双向储能AC/DC都处于待机状态，超级电容器停止充放电，由大电网维持交流母线配电线路电压稳定；如果要求磷酸铁锂蓄电池放电补充大电网能量，由所述EMS发出指令，控制双向储能DC/DC处于待机状态，超级电容器停止充放电，且控制双向储能AC/DC处于逆变状态。在微网处于并网稳态运行切换为孤岛暂态运行时，交流母线配电线路的电压波动，所述调整与控制混合储能系统的储能单元的能量流动方向和幅值如下：如果超级电容储能系统的超级电容器与磷酸铁锂储能系统的磷酸铁锂蓄电池SOC都是微网足以满足孤岛运行时相应的SOC比例阈值，由所述EMS发出指令，先控制双向储能DC/DC处于放电状态，以恒流限压的方式单向为超级电容器放电，由超级电容器单独在至多20ms的时间内放电出力，快速补偿交流母线配电线路的电压跌落，此时磷酸铁锂蓄电池不出力，然后，逐渐减小超级电容器的出力，逐渐增大磷酸铁锂蓄电池的出力，再控制双向储能DC/DC处于待机状态，超级电容器停止放电，仅由磷酸铁锂蓄电池单独放电出力，且控制双向储能AC/DC处于逆变状态，采用交流母线电压外环、输出电感电流内环的控制方式稳定交流母线配电线路的电压，在至多20ms的时间内切换到由双向储能DC/DC以电压源形式即采用直流母线电压外环、储能超级电容器侧电感电流内环的控制方式维持直流母线配电线路电压稳定，无缝切换到孤岛稳态运行。在微网处于孤岛稳态运行时，所述调整与控制混合储能系统的储能单元的能量流动方向和幅值如下：如果微源出力小于负荷需求，交流母线配电线路电压低于额定电压，下降至双向储能AC/DC整流逆变切换阈值，而混合储能系统的磷酸铁锂蓄电池的SOC是微网足以满足孤岛运行时相应的SOC比例阈值，超级电容器的SOC是微网必须切除普通负荷时相应的SOC比例阈值，由所述EMS发出指令，控制双向储能DC/DC处于充电状态，以恒流限压的方式单向为超级电容器充电，仅由磷酸铁锂蓄电池单独放电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合储能系统，包括设有磷酸铁锂蓄电池的直流侧磷酸铁锂储能系统及其双向储能交流/直流变换器AC/DC的第一储能单元和包括设有超级电容器的直流侧超级电容储能系统的第二储能单元，所述磷酸铁锂蓄电池直接连接到直流母线配电线路，所述直流母线配电线路与双向储能AC/DC的直流侧连接，所述双向储能AC/DC的交流侧通过第三支路断路器与交流母线配电线路连接，其特征在于：设有双向储能直流/直流变换器DC/DC，所述双向储能DC/DC的一侧与直流侧超级电容储能系统的超级电容器连接，所述双向储能DC/DC的另一侧与所述直流母线配电线路连接，所述直流母线配电线路与所述双向储能AC/DC的一侧连接，所述双向储能AC/DC的另一侧与交流母线配电线路连接，所述双向储能DC/DC用于充分发挥超级电容器迅速补偿电网波动的效果。

【技术特征摘要】
1.一种混合储能系统在微网中的能量管理方法，所述混合储能系统包括设有磷酸铁锂蓄电池的直流侧磷酸铁锂储能系统及其双向储能AC/DC的第一储能单元和包括设有超级电容器的直流侧超级电容储能系统的第二储能单元，所述磷酸铁锂蓄电池直接连接到直流母线配电线路，所述直流母线配电线路与双向储能AC/DC的直流侧连接，所述双向储能AC/DC的交流侧通过第三支路断路器与交流母线配电线路连接，设有双向储能DC/DC，所述双向储能DC/DC，是三相交错并联式结构的双向半桥变换器，其等效开关频率高，快速对超级电容器充电或放电，所述双向储能DC/DC的一侧与直流侧超级电容储能系统的超级电容器连接，所述双向储能DC/DC的另一侧与所述直流母线配电线路连接，所述双向储能DC/DC用于充分发挥超级电容器迅速补偿电网波动的效果；所述双向储能DC/DC快速对超级电容器充电，是以恒流限压的方式单向为超级电容器充电，所述双向储能DC/DC处于充电状态；所述双向储能DC/DC快速对超级电容器放电，是以恒流限压的方式单向为超级电容器放电，所述双向储能DC/DC处于放电状态；其特征在于：由微网中的能量管理系统EMS在微网处于并网稳态运行时，实时分别检测与判定所述混合储能系统的储能单元的荷电状态SOC，实时分别调整与控制混合储能系统的储能单元的能量流动方向和幅值，稳定微网的交流母线配电线路电压，满足负荷不间断供电的需求，实现微网运行成本最优化；如果超级电容储能系统的超级电容器与磷酸铁锂储能系统的磷酸铁锂蓄电池SOC是微网必须切除普通负荷时相应的SOC比例阈值，由所述EMS发出指令，控制双向储能DC/DC处于充电状态，以恒流限压的方式单向为超级电容器充电，且控制双向储能AC/DC处于整流状态；如果超级电容储能系统的超级电容器SOC是微网足以满足孤岛运行时相应的SOC比例阈值，由所述EMS发出指令，控制双向储能DC/DC处于待机状态，超级电容器停止充放电，磷酸铁锂蓄电池继续充电，且控制双向储能AC/DC处于整流状态；如果超级电容储能系统的超级电容器与磷酸铁锂储能系统的磷酸铁锂蓄电池SOC都是微网足以满足孤岛运行时相应的SOC比例阈值，由所述EMS发出指令，控制双向储能DC/DC和双向储能AC/DC都处于待机状态，超级电容器停止充放电，由大电网维持交流母线配电线路电压稳定；如果要求磷酸铁锂蓄电池放电补充大电网能量，由所述EMS发出指令，控制双向储能DC/DC处于待机状态，超级电容器停止充放电，且控制双向储能AC/DC处于逆变状态。2.一种混合储能系统在微网中的能量管理方法，所述混合储能系统包括设有磷酸铁锂蓄电池的直流侧磷酸铁锂储能系统及其双向储能AC/DC的第一储能单元和包括设有超级电容器的直流侧超级电容储能系统的第二储能单元，所述磷酸铁锂蓄电池直接连接到直流母线配电线路，所述直流母线配电线路与双向储能AC/DC的直流侧连接，所述双向储能AC/DC的交流侧通过第三支路断路器与交流母线配电线路连接，设有双向储能DC/DC，所述双向储能DC/DC，是三相交错并联式结构的双向半桥变换器，其等效开关频率高，快速对超级电容器充电或放电，所述双向储能DC/DC的一侧与直流侧超级电容储能系统的超级电容器连接，所述双向储能DC/DC的另一侧与所述直流母线配电线路连接，所述双向储能DC/DC用于充分发挥超级电容器迅速补偿电网波动的效果；所述双向储能DC/DC快速对超级电容器充电，是以恒流限压的方式单向为超级电容器充电，所述双向储能DC/DC处于充电状态；所述双向储能DC/DC快速对超级电容器放电，是以恒流限压的方式单向为超级电容器放电，所述双向储能DC/DC处于放电状态；其特征在于：由微网中的能量管理系统EMS在微网处于并网稳态运行切换为孤岛暂态运行时，交流母线配电线路的电压波动，实时分别检测与判定所述混合储能系统的储能单元的荷电状态SOC，实时分别调整与控制混合储能系统的储能单元的能量流动方向和幅值，稳定微网的交流母线配电线路电压，满足负荷不间断供电的需求，实现微网运行成本最优化；如果超级电容储能系统的超级电容器与磷酸铁锂储能系统的磷酸铁锂蓄电池SOC都是微网足以满足孤岛运行时相应的SOC比例阈值，由所述EMS发出指令，先控制双向储能DC/DC处于放电状态，以恒流限压的方式单向为超级电容器放电，由超级电容器单独在至多20ms的时间内放电出力，快速补偿交流母线配电线路的电压跌落，此时磷酸铁锂蓄电池不出力，然后，逐渐减小超级电容器的出力，逐渐增大磷酸铁锂蓄电池的出力，再控制双向储能DC/DC处于待机状态，超级电容器停止放电，仅由磷酸铁锂蓄电池单独放电出力，且控制双向储能AC/DC处于逆变状态，采用交流母线电压外环、输出电感电流内环的控制方式稳定交流母线配电线路的电压，在至多20ms的时间内切换到由双向储能DC/DC以电压源形式即采用直流母线电压外环、储能超级电容器侧电感电流内环的控制方式维持直流母线配电线路电压稳定，无缝切换到孤岛稳态运行。3.一种混合储能系统在微网中的能量管理方法，所述混合储能系统包括设有磷酸铁锂蓄电池的直流侧磷酸铁锂储能系统及其双向储能AC/DC的第一储能单元和包括设有超级电容器的直流侧超级电容储能系统的第二储能单元，所述磷酸铁锂蓄电池直接连接到直流母线配电线路，所述直流母线配电线路与双向储能AC/DC的直流侧连接，所述双向储能AC/DC的交流侧通过第三支路断路器与交流母线配电线路连接，设有双向储能DC/DC，所述双向储能DC/DC，是三相交错并联式结构的双向半桥变换器，其等效开关频率高，快速对超级电容器充电或放电，所述双向储能DC/DC的一侧与直流侧超级电容储能系统的超级电容器连接，所述双向储能DC/DC的另一侧与所述直流母线配电线路连接，所述双向储能DC/DC用于充分发挥超级电容器迅速补偿电网波动的效果；所述双向储能DC/DC快速对超级电容器充电，是以恒流限压的方式单向为超级电容器充电，所述双向储能DC/DC处于充电状态；所述双向储能DC/DC快速对超级电容器放电，是以恒流限压的方式单向为超级电容器放电，所述双向储能DC/DC处于放电状态；其特征在于：由微网中的能量管理系统EMS在微网处于孤岛稳态运行时，实时分别检测与判定所述混合储能系统的储能单元的荷电状态SOC，实时分别调整与控制混合储能系统的储能单元的能量流动方向和幅值，稳定微网的交流母线配电线路电压，满足负荷不间断供电的需求，实现微网运行成本最优化；如果微源出力小于负荷需求，交流母线配电线路电压低于额定电压，下降至双向储能AC/DC整流逆变切换阈值，而混合储能系统的磷酸铁锂蓄电池的SOC是微网足以满足孤岛运行时相应的SOC比例阈值，超级电容器的SOC是微网必须切除普通负荷时相应的SOC比例阈值，由所述EMS发出指令，控制双向储能DC/DC处于充电状态，以恒流限压的方式单向为超级电容器充电，仅由磷酸铁锂蓄电池单独放电出力，稳定交流母线配电线路的电压，以电压源形式即采用直流母线电压外环、储能超级电容侧电感电流内环的控制方式稳定直流母线配电线路的电压；且控制双向储能AC/DC处于逆变状态，以恒流限压的方式工作，采用交流母线电压外环、输出电感电流内环的控制方式配合双向储能DC/DC稳定交流母线配电线路的电压，且以电压源形式即采用直流母线电压外环、储能超级电容侧电感电流内环的控制方式稳定直流母线配电线路的电压，以保证超级电容器在任何时刻都具备对孤岛暂态的进行至多20ms的电网供电补偿的能力；如果微源出力小于负荷需求，交流母线配电线路电压低于额定电压，下降至双向储能AC/DC整流逆变切换阈值，而混合储能系统的磷酸铁锂蓄电池和超级电容器的SOC都是微网足以满足孤岛运行时相应的SOC比例阈值，由所述EMS发出指令，控制双向储能DC/DC处于待机状态，超级电容器停止充放电，磷酸铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦毅，
申请(专利权)人：深圳市天智系统技术有限公司，
类型：发明
国别省市：