[发明专利]基于蓄电池和超级电容器的有源并联式混合储能系统

说明书

技术领域

本发明属于储能系统设计及应用技术领域。涉及到一种由蓄电池和超级电容器组成的有源并联式混合系统通过并联方式接入主电源系统，对主电源系统起补偿和调节作用。特别涉及混合储能系统中储能元件的组合方式及双向斩波器、双向整流/逆变器对蓄电池、超级电容器的充放电控制。

背景技术

电能是现代社会最便利、最清洁的重要能源，是科学技术发展、国民经济增长的主要动力。近年来，电能存储技术取得了突飞猛进的发展，电能转换与存储技术已经在电力系统、可再生能源、航天系统、通信系统、等领域得到了广泛的应用。目前常见的电力储能方式有超导储能、抽水蓄能、飞轮储能、压缩空气储能、蓄电池储能、电容器储能等。其中抽水蓄能、飞轮储能、压缩空气、超导储能等电力储能方式受技术水平、地理环境、运行条件、前期投资费用等方面的限制暂时无法进行大规模开发使用。随着电池技术的不断取得突破，变流技术的成熟及功率开关器件成本的不断下降，电池储能由于具有便捷、高效的能量吞吐能力，对运行环境无苛刻要求，运行期间维护简单，前期投资相对低廉等特点，引起了越来越多专家学者的关注研究。

常见的储能电池有铅酸电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池等。从循环寿命、功率密度、能量密度三方面评价来看，每种电池都有其各自的优势与不足，总体来说普遍具有低比功率、高比能量、低循环使用寿命的特点，这就限制了电池储能系统在负载脉动较大的场合的应用。超级电容器是近些年来新兴的一种电力储能器件，它具有循环使用寿命长、工作温度范围宽、充放电速度快、功率密度大，能量密度相对较低等特点。超级电容器的以上优点恰好可以与蓄电池的缺点进行有效的互补。

随着低碳经济的提出，现代生产生活等各个领域对电能存储技术的要求也日益提高。例如在混合动力汽车中，电能存储单元不仅需要长时间大容量的稳定提供电能以保证汽车的正常运行，还需提供高倍率的尖峰功率以满足汽车启停的需求；在可再生能源领域，由于风能、太阳能具有很强的随机波动性，这就要求在风电场、光伏电场配置储能系统以平抑输出功率的波动，同样也需要储能系统具有长时间、大容量电能吞吐及高倍率尖峰功率吞吐的能力。从实际工况下的经济技术可行性的角度来考虑，若要满足生产生活中各个领域对储能系统大容量存储及尖峰功率吞吐的要求，需要储能系统同时兼具有高比功率、高比能量、高循环使用寿命的特点，以有效降低储能系统的投资额度、占地面积、自身重量，从而能够在生产生活各个领域得到广泛应用。从目前的情况来看，蓄电池或者超级电容器作为单一的储能元件，都不能满足上述要求。

针对电池储能、超级电容器储能的上述特点，不断有专家提出了采用蓄电池和超级电容器混合使用储存电能的方式。该方式使得电池储能和超级电容器储能各自的优势得以互补：其中蓄电池用以满足大容量电能吞吐的需求；超级电容器用以满足尖峰功率吞吐的需求。采用混合储能方式在能够有效节省储能系统投资及体积、重量的前提下，可大大提高储能系统的整体性能，使其在国民经济各个生产生活领域有着广阔的应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：设计一种新型的混合储能系统，使其在可对主电源系统进行能量调节、补偿的同时减少对主系统原有运行特性的影响；所要设计的新型混合储能系统需能够灵活方便的对储能系统中的储能元件进行精确的充放电管理以提高使用寿命；该新型混合储能系统需提供友好的对外接口，以实现与主电源系统稳定、高效、便捷的能量功率交换。

本发明的技术方案是：一种基于蓄电池和超级电容器的有源并联式混合储能系统，其特征在于：该混合储能系统包括双向斩波器DC/DC(A)3，双向斩波器DC/DC(B)4，超级电容器5、蓄电池6；当主电源系统为直流系统时，混合储能系统的输出端直接与直流主系统并联，当主电源系统为交流系统时，混合储能系统的输出端经双向整流/逆变器9后与交流主系统并联。

该混合储能系统的特征在于：蓄电池6的出口连接到双向斩波器DC/DC(B)4的低压侧，DC/DC(B)4的高压侧并联超级电容器，而后连入双向斩波器DC/DC(A)3的低压侧，DC/DC(A)3的高压侧即为该混合储能系统的输出端。DC/DC(A)3与DC/DC(B)4的结构是完全一致的，其特征在于：斩波器选用双向DC/DC变换器，该斩波器可以通过控制实现由低压到高压或由高压到低压的双向能量流动。在该混合储能系统中，DC/DC(B)4负责蓄电池的充放电控制，DC/DC(A)3负责超级电容器的充放电控制，并且还要维持输出直流电压的稳定。