[发明专利]一种基于双有源全桥变换器的混合储能系统及其控制方法

权利要求书

1.一种基于双有源全桥变换器的混合储能系统，其特征在于：包括超级电容、锂电池、双有源全桥变换器、Buck/Boost双向变换器以及直流母线；所述超级电容通过双有源全桥变换器与直流母线连接，所述双有源全桥变换器采用移相闭环控制；所述锂电池通过Buck/Boost双向变换器与超级电容连接，所述的Buck/Boost双向变换器采用电压电流双闭环控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于双有源全桥变换器的混合储能系统，其特征在于：锂电池和Buck/Boost双向变换器整合为模块Ⅰ，超级电容和双有源全桥变换器整合为模块Ⅱ，所述模块Ⅰ与模块Ⅱ整合为储能模块，所述储能模块依据直流系统的要求进行合适的配比，然后将储能模块在直流母线上根据配比进行并联配置。

3.根据权利要求1所述的一种基于双有源全桥变换器的混合储能系统的控制方法，其特征在于：

双有源全桥变换器的控制方法为：移相闭环控制，即设定混合储能系统给定参考电压U_ref与直流母线电压U_dc相比较后送入电压PI调节器，电压PI调节器输出值经过限幅器后得出移相占空比D₁的值，然后移相占空比D₁经过移相PWM发生器输出经过移相的PWM波形对双有源全桥变换器的开关管进行移相PWM调制；

Buck/Boost双向变换器的控制方法为：电压电流双闭环控制，即设定超级电容给定参考电压U_{sc_ref}与超级电容电压U_sc相比较后送入电压PI调节器，电压PI调节器输出值经过电流限幅器后得出锂电池参考输出电流I_{bat_ref}，再与锂电池输出电流I_bat相比较后送入电流PI调节器，电流PI调节器输出值作为Buck/Boost双向变换器的占空比值D₂，然后占空比值D₂经过PWM发生器输出PWM波形对Buck/Boost双向变换器的开关管进行PWM调制；

超级电容的控制方法为：设定超级电容与双有源全桥变换器的工作状态判定区间，具体设计为：设定直流母线电压U_DC为其额定电压，对其进行分区，U_LD3<U_LD2<U_LD1<U_DC<U_HD1<U_HD2<U_HD3为双有源全桥变换器工作的电压阈值；[U_LD3，U_LD2)为LD区间，[U_LD2，U_LD1]为D区间，(U_LD1，U_HD1)为S区间，[U_HD1，U_HD2]为C区间，(U_HD2，U_HD3]为LC区间；U_HD3和U_LD3分别为直流系统能保持正常运行时对应的母线电压极值；U_HD2和U_LD2分别为混合储能系统的充电电流和放电电流达到极限时所对应的母线电压；U_HD1和U_LD1分别为混合储能系统起始充电和放电的电压临界值，U_dc为直流母线电压实际值，超级电容的工作状态为：

（1）当U_dc在LD区间内，直流母线电压低于参考值，超级电容工作在限流放电状态，通过双有源全桥变换器，以最大放电电流将能量传输给直流母线；

（2）当U_dc在D区间内，直流母线电压低于参考值，超级电容工作在放电状态，通过双有源全桥变换器，以移相控制所调制出的放电电流将能量传输给直流母线；

（3）当U_dc在S区间内，直流母线电压稳定在参考值附近，超级电容工作在空闲状态，不与直流母线进行能量交换；

（4）当U_dc在C区间内，直流母线电压高于参考值，超级电容工作在充电状态，通过双有源全桥变换器，以移相控制所调制出的充电电流吸收直流母线的能量；

（5）当U_dc在LC区间内，直流母线电压高于参考值，超级电容工作在限流充电状态，通过双有源全桥变换器，以最大充电电流吸收直流母线的能量；

锂电池的控制方法为：设定锂电池与Buck/Boost双向变换器的工作状态判定区间，具体设计为：设定超级电容电压U_SC为其参考电压，对其进行分区，U_LS3<U_LS2<U_LS1<U_SC<U_HS1<U_HS2<U_HS3为Buck/Boost双向变换器工作的电压阈值；[U_LS3，U_LS2)为LD区间，[U_LS2，U_LS1]为D区间，(U_LS1，U_HS1)为S区间，[U_HS1，U_HS2]为C区间，(U_HS2，U_HS3]为LC区间；U_HS3和U_LS3分别位超级电容能保持正常运行时对应的电压极值；U_HS2和U_LS2分别为超级电容所规定的限流放电和充电电压阈值；U_HD1和U_LD1分别为锂电池起始充电和放电的电压临界值，U_sc为超级电容实际电压，锂电池的工作状态为：

（1）当U_sc在LD区间内，超级电容电压低于参考值，锂电池工作在限流放电状态，通过Buck/Boost双向变换器，以最大放电电流将能量传输给超级电容；

（2）当U_sc在D区间内，超级电容电压低于参考值，锂电池工作在放电状态，通过Buck/Boost双向变换器，以双闭环控制所调制出的放电电流将能量传输给超级电容；

（3）当U_sc在S区间内，超级电容电压稳定在参考值附近，锂电池工作在空闲状态，不与超级电容进行能量交换；

（4）当U_sc在C区间内，超级电容电压高于参考值，锂电池工作在充电状态，通过Buck/Boost双向变换器，以双闭环控制所调制出的充电电流吸收超级电容的能量；

（5）当U_sc在LC区间内，超级电容电压高于参考值，锂电池工作在限流充电状态，通过Buck/Boost双向变换器，以最大充电电流吸收超级电容的能量。