[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

说明书

本发明公开了一种基于双有源全桥变换器混合储能系统及其控制方法，涉及直流微电网混合储能领域，由超级电容，锂电池，双有源全桥变换器，Buck/Boost双向变换器和直流母线构成，两种储能设备形成一种级联型的混合储能系统。超级电容通过双有源全桥变换器与直流母线连接，采用移相闭环控制，通过采集直流母线电压信息，自动调节混合储能系统输出功率，以稳定直流母线电压。锂电池通过Buck/Boost双向变换器与超级电容连接，采用电压电流双闭环控制，通过采集超级电容的电压控制锂电池的自动充放电，使超级电容的电压维持在工作电压范围内，对直流微电网功率波动进行间接补偿，以减少锂电池动作频率，有效延长其使用寿命。

技术领域

本发明涉及直流微电网混合储能领域，具体是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。

背景技术

随着环境污染问题的严重加剧和新能源需求的日益增加，直流微电网技术的发展得到了越来越多的关注。微电网是一种将分布式电源、负荷、储能装置、电力电子变换器以及监控保护装置有机整合在一起的发配电系统。在直流微电网中，由于分布式电源输出功率的间歇性和随机性，储能系统成为直流微电网的重要组成部分，用于维持直流微电网内部的功率平衡，并稳定直流母线电压。混合储能系统利用超级电容和锂电池在性能上的优势互补性，将它们混合使用，通过接口变换器连接至直流母线，通过采用合理的控制策略，提高储能系统的整体性能。储能系统通过双向DC/DC变换器与直流母线相连接，通过采集直流母线电压信息和储能系统的运行状态，来控制储能系统的充放电。有关学者设计了采用两个Buck/Boost双向变换器分别将超级电容和锂电池连接至直流母线，再将两部分并联的混合储能系统。一般在电压变换等级要求较低的情况下，采用这种混合储能系统具有电路结构简单，电路元件少，控制方式简便的优势。但在较高的电压变换等级要求下，由于Buck/Boost双向变换器的升压比较小，开关损耗大，使得储能设备的额定电压必须提高，带来储能设备单体之间的不平衡问题。并且采用Buck/Boost双向变换器与直流母线直接连接的储能系统，不具有电气隔离性能，储能系统的安全性较低。因此需要发明一种新的混合储能系统，解决现有混合储能系统中存在的问题，以提高混合储能系统的整体运行性能。

发明内容

本发明为了解决现有的混合储能系统中变压比小，缺乏电气隔离性能，锂电池充放电频繁，寿命短的问题，提供了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。

本发明是通过如下技术方案实现的。

一种基于双有源全桥变换器的混合储能系统，包括超级电容、锂电池、双有源全桥变换器、Buck/Boost双向变换器；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。

将上述两种储能设备组合形成一种级联型的混合储能系统。

一种基于双有源全桥变换器的混合储能系统的控制方法如下：

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。双有源全桥变换器为移相闭环控制，目的是通过直流母线电压信息，自动调节混合储能系统输出功率，以稳定直流母线电压。