[发明专利]基于DAB的大功率双重模块化混合储能系统及并网方法

说明书

本发明提出了一种基于双有源桥式(DAB)变换器的大功率双重模块化混合储能系统及并网方法。该混合储能系统的主要特征为混合储能单元以H桥为基本单元对DAB进行模块化，通过隔离开关投切改变混合储能单元中H桥的组合，以改变工作模式。针对不同电压等级和功率需求的直流母线，通过级联将混合储能单元模块拓展成输入并联输出串联(IPOS)和输入并联输出并联(IPOP)两种链式结构。该系统可不增加变换器与储能装置，实现离网时混合储能单元内部的能量传输。该方式可提前优化超级电容DAB电压变比匹配度，解决由于超级电容自放电效应导致的并网前端电压低，并网初期电压变比匹配度差带来的变换器效率降低问题，保证直流母线稳定。

技术领域：

本发明涉及直流微电网混合储能领域，具体地是一种基于双有源桥式变换器(Dual Active Bridge，简称DAB)的大功率模块化混合储能系统及并网方法。

背景技术：

随着直流微电网技术的发展，大功率负载的种类和数量也日益增多，功率转换系统虽能实现直流微网的电压及功率控制，但动态性能较差，无法满足大功率负载投切时的暂态功率需求，引入混合储能系统能够有效减轻大功率负载投切对系统的影响。混合储能系统通常由高能量密度与高功率密度的储能装置进行优势互补，如采用锂电池满足大容量能量的要求，采用超级电容满足瞬时高功率及由于锂电池功率限制无法承担的部分功率的要求。混合储能系统中各储能装置通常分别由双向DC-DC变换器实现和直流母线间的能量双向传递，大功率场合下，具备电气隔离及软开关等优越特性的双有源桥式变换器成为理想选择之一。但双有源桥式变换器对其端电压与变压器变比之间匹配度的要求较高，当电压变比匹配度k偏离1时，与k＝1相比，传输相同功率时开关管电流应力增大，软开关范围受限，进而导致变换器效率的下降，影响系统性能及稳定。基于双有源桥式变换器的直流微网混合储能系统中，直流母线通常稳定，锂电池储能装置端电压变化范围小，充放电过程中电压线性段较长，且通常锂电池承担紧急情况下作为后备电源保障供电连续性的功能，容量较大，显然其变换器的电压变比匹配度变化较小；而超级电容储能装置通常容量较小，端电压变化范围大，且由于自放电效应，经放置后端电压降低，在并网工作初期超级电容端电压远低于最佳工作电压，电压变比匹配度较差产生变换器的效率问题，进而影响系统的性能与稳定。为解决超级电容储能系统电压变化范围大的问题，有学者为超级电容单独又附加了一套锂电池储能装置及变换器，直接对超级电容进行充放电电压控制，极大地增加了成本。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，主要是超级电容的电压变比匹配度问题，以提高系统的性能。

发明内容：

因此，本发明提供一种基于DAB的大功率双重模块化混合储能系统及并网方法，为解决现有的基于DAB的混合储能系统中超级电容储能装置并网前由于自放电效应导致电压远低于储能侧额定电压，造成的并入直流微网工作初期变换器电流应力大，工作效率低这一技术问题。本发明的技术方案如下：

一种基于双有源桥式变换器的大功率双重模块化混合储能系统，包括直流母线，H桥，隔离开关，高频变压器及其漏感，锂电池储能装置，超级电容储能装置。

所述直流母线由功率转换系统实现稳压控制；所述H桥为第一重模块，与隔离开关、高频变压器及其漏感整合成双有源桥式变换器；所述锂电池储能装置、超级电容储能装置、双有源桥式变换器再整合成混合储能单元模块，为第二重模块。

所述混合储能单元模块中，有4个H桥，双有源桥式变换器以H桥为基本模块连接高频变压器及其漏感构成。在不增加开关管的情况下，通过3个隔离开关的投切状态对不同H桥进行组合，实现混合储能单元中双有源桥式变换器数量的拓展。通过不同H桥之间的高频变压器和漏感可以实现DAB原副边两侧不同电压等级的变换以及能量的传输。