[發明專利]一種大型混合儲能系統及其控制策略

無效

• 申請號: 201310422893.4
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103490524A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 李正明;熊佩鑫;潘天紅
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02J15/00
• 分類號: H02J15/00;H02J7/00;H02J7/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

技術領域

本發明屬于電能調節技術領域，尤其涉及一種大型混合式儲能系統及其控制策略。

背景技術

為了應對能源危機，促進了新能源技術的迅速發展，但是風能、太陽能、海洋能等具有間歇性、波動性和不穩定性等特點，需要一個能夠解決此類問題的儲能裝置，能夠在電網削峰填谷、新能源接入、電能質量改善等方面起到積極的作用。

現階段國內的基于蓄電池的儲能系統發展較快，也取得了比較好的經濟效益。其PCS（Power?Conversion?System，PCS）主回路多采用DC/AC單級或DC/DC+DC/AC雙級結構；前者具有結構簡單，但是需要大量的蓄電池串聯，直接導致蓄電池不宜管理；后者優點在于，由于具有一級升降壓電路，不用對蓄電池大量串聯，缺點在于系統設計復雜，大大增加了控制策略的設計難度。

目前，蓄電池由于技術成熟，價格低廉，被廣泛應用在儲能系統中，但是蓄電池由于自身條件的限制，放電時的放電電流不能過大，在電網處于極端情況下，需要大功率補償時，蓄電池不能夠對電網快速響應。近幾年來，超級電容器的研究工作正在不斷展開，由于其具有功率密度高、循環壽命長，充放電迅速和無需維護等優點，使其成為一種新型儲能元件；但是，現階段的超級電容器能量密度相對于蓄電池還較小，還不能實現大容量的電力儲能，并且價格昂貴。

發明內容

針對現有技術的不足和缺陷，本發明提供了一種混合儲能系統的結構和控制方法，本發明結合蓄電池和超級電容器的優缺點，將二者優勢互補，既能夠實現大功率的儲能，又能快速響應電網在各種工況下的需求，極大提高了儲能系統的使用年限。

本發明提出了一種新型PCS拓撲結構，一種大型混合儲能系統，采用兩級DC/DC升降壓和一級DC/AC的三級式結構，超級電容器組和蓄電池組以一定的數量比例（該比例按照功率匹配原則選取）組成多個混合儲能單元，各混合儲能單元再分別和對應的非隔離雙向DC/DC一起接入到所在單元的直流低壓母線上，各混合儲能單元通過對應的雙向全橋隔離式DC/DC變換器接入到直流高壓母線上去，同時，三相三電平DC/AC也接入到直流高壓母線上，三相三電平DC/AC的輸出和三相LCL濾波器的輸入相接，三相LCL濾波器的輸出與電網相接。本發明的多單元多分支的接入方式使得系統的靈活性大大提高，由于雙向全橋隔離式DC/DC變換器內部有高頻變壓器，使得該結構既省去了體積龐大的工頻變壓器，又能實現儲能系統與電網的有效隔離。

其中，蓄電池組由12V/100AH的蓄電池串聯組成；超級電容器組由單體超級電容器串聯組成。

所述非隔離雙向DC/DC用于對蓄電池組和超級電容器組的充放電，實現蓄電池組和超級電容器組側和直流低壓母線側的雙向功率流動；雙向全橋隔離式DC/DC變換器用于各混合儲能單元與直流高壓側的功率流向控制；三相三電平DC/AC用于直流高壓側和電網之間的雙向功率流動控制；三相LCL濾波器用于平滑三相三電平DC/AC的輸入輸出電流及電壓、濾除三相交流電的諧波。

一種大型混合儲能系統的控制策略，總體控制策略在于控制各雙向變換器使直流低壓母線電壓和直流高壓母線電壓穩定在一定范圍內，即控制非隔離雙向DC/DC和雙向全橋隔離式DC/DC變換器使直流低壓母線電壓穩定在100V-130V之間，同時控制雙向全橋隔離式DC/DC變換器和三相三電平DC/AC使直流高壓母線電壓穩定在400V-420V之間。

控制策略具體如下：

所述蓄電池組電壓在正常范圍時，當電網需要小功率補償，控制非隔離雙向DC/DC使蓄電池組以安全恒定電流放電，且超級電容器組待命；當電網需要大功率補償時，控制非隔離雙向DC/DC使蓄電池組以安全恒定電流放電，且超級電容器組大電流放電，同時雙向全橋隔離式DC/DC變換器將直流低壓母線側電能輸送至直流高壓母線側，三相三電平DC/AC將直流高壓母線側電能輸送至電網側；

所述蓄電池組處于臨界最低電壓時，且當電網有剩余功率時，控制非隔離雙向DC/DC使蓄電池組以先恒流、再恒壓、最后浮充的三段式充電方式充電，同時控制非隔離雙向DC/DC使超級電容器組以恒壓的方式充電，同時三相三電平DC/AC將電網側電能輸送至直流高壓母線側，雙向全橋隔離式DC/DC變換器將直流高壓母線側電能輸送至直流低壓母線側；

所述三相三電平DC/AC的控制方法采用基于dq坐標分解和三電平SVPWM的直接電流控制策略，使三相三電平DC/AC的三相電流相位與電網三相電壓相位一致，以實現單位功率因數。