[发明专利]电力系统自适应超级电容‑蓄电池混合储能系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于各种电力系统结构的自适应型超级电容-蓄电池混合储能系统。

背景技术

随着分布式发电的兴起，大规模分布式电源并入电力系统已经成为一个必然的趋势。由于分布式能源出力的强波动性和反调峰等特性，大规模分布式能源的接入对系统有功平衡造成了较大的影响。受制于经济性和技术条件，依靠可调度电源如火力/水力发电厂进行功率平衡不具有可操作性，此时储能装置在维持系统有功平衡方面优势明显。无论是应用于局部中小型系统如微网、独立光伏系统、区域性风光互补网络等，还是应用于大型电力系统调峰，其均有成熟的应用实例。

目前，储能系统一般以蓄电池(包括铅酸蓄电池、锂电池等)作为主能源储蓄元件，其造价约占整体系统成本的40％——70％，由于储能系统工作的环境和工况的特殊性，更易导致蓄电池过早失效或容量损失，从而加大系统整体成本。

超级电容器因其功率密度高、循环寿命长、充放电效率高和无需维护等特点，正受到越来越多的关注。但其能量密度较小，目前还很难实现大规模储能。若其与蓄电池互补构成混合储能系统，将大大提高混合储能系统的性能。

现有的混合储能系统设计往往采用超级电容和蓄电池并联，使用电压钳位的工作方式。即在超级电容和蓄电池之间有电压钳位，当外部电网电压升高时，超级电容开始充电，同时超级电容和蓄电池之间的电压差随着超级电容电量的充盈而加大，在升高至充电电压钳位阈时，开关打开，蓄电池开始充电。当外部电网电压降低时，超级电容优先放电，超级电容与蓄电池之间的电压差随着超级电容电量的降低而逐渐加大，在降低至放电电压钳位阈时，开关打开，蓄电池开始放电。这种工作方式降低了由于电网波动对蓄电池的直接冲击，改善了蓄电池的使用环境，可以有效的提高其寿命。

但上述传统系统控制方式较为机械，并且因为需要针对工作的环境提前设定电容和蓄电池的容量、工作方式等，一旦配置完成难以修改，因而常适配于固定的小型独立光伏系统或小型风光储系统，作为储能单元使用，难以作为有功调节单元应用于微网等普通小型电力系统乃至中型电力系统。此外传统系统控制方式的重点在于通过超级电容来降低蓄电池的工作负荷，对于超级电容和蓄电池之间的工作负荷配比优化并未考虑，并不能保证在不同外电网环境下的经济性。随着分布式能源的发展，将会有越来越多的间歇性快速波动能源并入电网，这就需要一种能适应大多数电网工作环境，可最大程度保证运行经济性，系统容量规模易于调整的新型储能系统。

发明内容

有鉴于此，确有必要为现有的电力系统尤其是微网系统提供一种满足实际运行需求，能够自适应电网变化保证经济运行的混合储能系统。该混合储能系统不仅需要在性能上保证对所在电力系统的有功进行有效的平衡调节，以保证系统的稳定运行，并且能针对所处外部工作环境自动调整混合储能单元的工作负荷比率，保证每个储能单元的健康运行，延长其寿命，提高运行经济性，同时该系统应具有良好的可扩展性，系统容量易于调整，以应对有功平衡调节负荷的改变，确保系统正常、稳定、高效地运行。

本发明为了实现上述目的采用以下技术方案：

一种电力系统自适应超级电容—蓄电池混合储能系统，其特征在于包括：整合系统A和管理系统B，所述整合系统A包括：

概率指数主控单元：用于检测系统所处电力系统波动情况并，计算系统动作倾向参数，然后对系统动作倾向参数进行伯努利概型或同等概率模型判定，决定超级电容储能单元或蓄电池储能单元是否通过受控大功率双向AC/DC变换器介入电网，若判定为介入电网则根据判断结果向蓄电池单元组主接口或超级电容系统单元接口发送工作状态随机数指令码；

超级电容储能单元：包括至少一组超级电容,每组超级电容通过超级电容储能单元接口接入超级电容供电母线，并由超级电容供电母线接入超级电容系统单元接口；

大功率双向AC/DC变换器:为系统提供电能交换通路，工作受概率指数主控单元控制，将实现直流到交流电，交流到直流电的转换；

管理系统B包括：蓄电池单元组主接口和蓄电池储能单元，蓄电池储能单元包括蓄电池单元，每组蓄电池单元通过蓄电池储能单元接口接入蓄电池单元供电母线，并由蓄电池单元供电母线接入蓄电池单元主接口。

上述技术方案中，系统动作倾向参数计算方式采用运算形如式1的公式：

P_a＝a+b_bia,其中式1