[发明专利]一种共直流母线混合储能系统的协调控制方法

说明书

技术领域

本发明属于微电网的运行与控制技术领域，具体涉及一种共直流母线混合储能系统的协调控制方法。

背景技术

在带有储能系统的分布式可再生能源发电系统中，通常选用蓄电池作为储能元件，但是蓄电池作为能量型的储能元件，存在功率密度低、充放电循环次数影响其使用寿命等缺点。超级电容作为功率型储能元件，由于其功率密度高、循环寿命长、充放电效率高、无需维护等优点，正受到越来越多的关注，但是由于其能量密度较低，目前还很难实现大容量的电力储能。将蓄电池和超级电容器混合使用，应用于可再生能源发电系统，使蓄电池能量密度大和超级电容功率密度大、循环寿命长的特点相结合，会大大提升整个系统的技术性能和经济性能。

目前，已有研究人员针对混合储能应用于电动汽车、便携式电源及可再生能源领域做过一些研究，主要提出了以下几种共直流母线混合储能的结构：

（1）蓄电池和超级电容器直接并联。蓄电池、超级电容器的直接并联是一种最简单的混合储能结构，采用该结构，能够在负载发生波动时，大幅度的减小蓄电池在负载波动期间的最大输出电流，提高混合储能系统的最大功率输出能力，但是在该结构中，由于蓄电池组的端电压与超级电容器组的端电压被强制相等，导致超级电容器容量利用率低，在设计中对超级电容器组的串并联组合方式要求也较为严格，并且不能灵活设置蓄电池的工作过程，不能实现不同类型储能设备的高效利用。

（2）蓄电池通过DC/DC功率变换器与超级电容并联。蓄电池通过DC/C变换器与超级电容并联，通过对功率变换器控制策略的合理设计，可实现对蓄电池组的充放电过程进行灵活管理，更好发挥超级电容器的优点，提高混合储能装置的性能，延长蓄电池的使用寿命。但是，将超级电容直接挂在直流母线上，超级电容器在充放电过程中，端电压会随着储能量的变化而变化，电压变化幅度较大，直流母线电压不稳定。

（3）超级电容器通过DC/C变换器与蓄电池并联。为了得到稳定的直流母线电压，有文献提出将超级电容器通过DC/DC变换器与蓄电池组并联的混合储能结构，虽然在功率波动期间，直流母线电压较为稳定，但是采用此结构，同样不能实现蓄电池组输入输出能量的灵活管理，不能充分发挥各种类型储能装置的作用。

对于相同类型、不同容量储能装置之间的协调控制，目前主要利用通讯系统在各个储能模块之间进行均流控制，但是在采用电压控制的多个DC/DC控制模块之间采用通讯进行均流控制，存在通讯范围受地理位置的限制，且系统的可靠性和冗余性较低的缺点；目前，对无通信线的多电压控制模式的DC/DC变换器之间的协调控制研究较少。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种共直流母线混合储能系统的协调控制方法，通过对锂电池储能系统和超级电容储能系统的协调控制，实现不同类型储能系统的合理利用，从而提高系统的响应速度，延长能量型储能的使用寿命，提高整个系统的技术和经济性能。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种共直流母线混合储能系统的协调控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：建立所述混合储能系统的拓扑结构；

步骤2：通过DC/DC变换器控制模式归一化模型协调控制不同类型储能系统；

步骤3：同种类型、不同容量储能系统的协调控制。

所述步骤1中，锂电池储能系统和超级电容储能系统分别通过DC/C变换器A和DC/DC变换器B与直流母线并联，构成混合储能系统的拓扑结构。

所述步骤2中，DC/DC变换器包括DC/DC变换器A和DC/DC变换器B，DC/DC变换器的控制模式包括电压控制模式、恒电流控制模式和恒功率控制模式，分别通过外层电压环控制、中间电流环控制和内层功率环控制确定上述控制模式，恒电流控制模式包括恒电流充电控制模式和恒电流放电控制模式。

所述电压控制模式中，母线电压参考值取V_DCN，则有

ΔV_DC＝V_DCN-V_DC     （1）