[發明專利]一種超級電容器和蓄電池混合儲能的控制裝置及方法

有效

• 申請號: 201410136077.1
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103904766A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 劉宏達;張利;馬忠麗;周磊;曲圣越;張斌;申乃軍;張強;程鵬;黃曼磊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H02J7/35
• 分類號: H02J7/35;H02J15/00;H02J7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種超級電容器和蓄電池混合儲能的控制裝置及方法。

背景技術

伴隨著煤、石油等傳統不可再生能源的日益枯竭，各國均在大力開發太陽能、風能、海洋能等環境友好型可再生能源，意在擴展可利用的能源形式，緩解日益增長的能源需求問題。但是太陽能、風能、海洋能等可再生能源具有隨機性、波動性等特性，造成風、光等可再生能源發電單元的輸出功率具有較大的隨機性，進而會嚴重影響電網的電能質量、調度穩定運行。目前基本使用儲能系統對可再生能源發電系統的輸出功率進行平抑。

由于可再生能源發電系統輸出功率的隨機性、波動性，需要儲能設備具備高能量密度、高功率密度、較長的循環壽命等特性。但目前的儲能技術，沒有集這些特性于一身的單一儲能設備，目前的技術條件下，需采用混合儲能技術，從目前儲能技術的成熟度方面來講，超級電容器和蓄電池的搭配較為合理。超級電容器和蓄電池的充放電效率較高，且超級電容器功率密度高、能量密度較低，而蓄電池能量密度高、功率密度較低，能夠實現互補，將超級電容器、蓄電池混合使用具有很高的實際應用價值。

現有技術中，中國專利201210238627.1公開的超級電容器與雙向DC/DC斬波器串聯的蓄電池并聯組成混合儲能系統，雖然能夠實現弱光充電、對超級電器充電過程進行控制。但是當直流母線電流大于超級電容器的最大允許充電電流時，超級電容器組以超出最大允許的充電電流進行長時間的大電流充電，對超級電容器性能會產生較大的影響，同時也不能實現大電流放電的特殊情況。中國專利201020679393.0公開的光伏發電系統中的混合儲能系統，雖然可以通過各個DC/DC變換電路控制蓄電池組、超級電容器組的充放電實現光伏發電系統的供電不平衡問題。但是當長期光照不足，不能滿足負荷需求時，光伏發電系統輸出的較小的功率雖然可以使DC/DC1工作于降壓型電路對蓄電池充電，但由于電壓較低，可能無法對蓄電池進行充電，即使能夠對蓄電池進行充電，由于沒有超級電容器作為能量緩沖裝置，可能對蓄電池的壽命等有一定的影響。同樣當直流母線電流大于蓄電池組的最大允許充電電流時，對蓄電池組進行長時間的大電流充電，對蓄電池組的性能會產生較大的影響。同時也不能實現大電流放電的特殊情況。

發明內容

本發明目的在于提供一種超級電容器和蓄電池混合儲能的控制裝置及方法，能夠根據再生能源發電系統的不同電力輸出情況進行混合儲能控制，更好地發揮儲能系統功效，同時有效保護儲能系統。

基于同一發明構思，本發明目具有兩個獨立的技術方案：

1.一種超級電容器和蓄電池混合儲能的控制裝置，可再生能源發電系統經直流母線接負載，超級電容器組和蓄電池組分別接直流母線，其特征在于：超級電容器組連接線路上設有多個開關管，通過多個開關管的通斷可實現超級電容器組串聯和并聯模式之間的切換，還設有電容器組控制單元，電容器組控制單元的信號輸出端接超級電容器組連接線路上開關管的控制端；蓄電池組連接線路上設有多個開關管，通過多個開關管的通斷可實現蓄電池組串聯模式和并聯模式之間的切換，還設有蓄電池組控制單元，蓄電池組控制單元的信號輸出端接蓄電池組連接線路上開關管的控制端；電容器組控制單元和蓄電池組控制單元分別接有采樣單元，采樣單元信號輸入端接直流母線。

蓄電池組通過兩個并聯的雙向DC/DC變換器接直流母線，其中一個雙向DC/DC變換器用于蓄電池組串聯模式，另一個用于蓄電池組并聯模式；兩個雙向DC/DC變換器的控制端接蓄電池組控制單元。

超級電容器組和蓄電池組之間接有開關電路，開關電路的控制端接蓄電池組控制單元。

直流母線上接有卸荷器。

將超級電容器組的每個支路電容器組都分成兩部分，即第一分支電容器組和第二分支電容器組，將第一分支電容器組和第二分支電容器組并聯，第一分支電容器組所在的第一分支路上設有開關管，第二分支電容器組所在的第二分支路上設有開關管，前述第一分支路和第二分支路之間設有開關管。

將蓄電池組的每個支路蓄電池組都分成兩部分，即第一分支蓄電池組和第二分支蓄電池組，將第一分支蓄電池組和第二分支蓄電池組并聯，第一分支蓄電池組所在的第一分支路上設有開關管，第二分支蓄電池組所在的第二分支路上設有開關管，前述第一分支路和第二分支路之間設有開關管。

可再生能源發電系統可以由光伏電源和風力發電機并聯構成。