[发明专利]一种集成四端口混合储能装置及其控制方法

说明书

一种集成四端口混合储能装置及其控制方法，属于混合储能技术领域。本发明将发电模块、蓄电池、超级电容、负载分别作为端口集成在一个全桥变换器中，新能源发电模块如光伏模块通过LC滤波器直接与全桥变换器相连，过MPPT模块计算出所需要的最大电流作为参考，通过控制全桥变换器两桥臂导通信号之间的移相角控制新能源发电模块的输出电流。蓄电池与超级电容分别通过电感与桥臂中点相连，组成了双向Buck/Boost变换器，通过对全桥变换器开关管占空比的控制，来保持输出电压的稳定。本发明通过开关管的复用，减少了功率器件和无源器件的使用，提高了功率密度和变换器的整体转换效率，同时新能源发电模块有最大功率输出且能平抑母线电压波动。

技术领域

本发明属于混合储能技术领域，具体涉及一种适用于新能源发电系统中的集成四端口混合储能装置及其控制方法。

背景技术

如今分布式发电系统以良好灵活性，冗余性等特点被广泛应用，而新能源发电系统作为分布式系统中的发电模块之一。如今能源短缺与环境污染问题日益严重，而新能源发电使用清洁能源产生电能，能够有效的缓解能源短缺与环境污染问题。但新能源发电受到环境的变化的限制较大，比如风能、太阳能、潮汐能，新能源发电系统多通过直流母线接入分布式系统中，由于环境变化，新能源发电系统的输出功率也会随之变化，会导致直流母线上的电压发生波动，如果不采取有效的措施，就会导致整个系统的不稳定。

蓄电池的容量密度较大，但不能快速的充放电，循环寿命低，所以可以提供长时间的功率和电压支撑；超级电容的功率密度大，循环寿命长，响应速度快，所以可以吸收波动较快的功率。在新能源发系统中，多使用混合储能的方式来平抑直流母线电压的波动，保持直流母线的电压稳定。储能元件大多使用双向直流变换器并联在直流母线上，如双向Buck/Boost变换器。通过合理的功率分配与控制方法，将不同频带特性的功率分配给不同的储能元件进行处理。将锂电池和超级电容组合成复合储能系统，当新能源电源发生波动时，超级电容可以在瞬时提供或吸收较大的功率波动，蓄电池通过双向变换器的控制以接近恒定电流的方式进行充放电。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于新能源发电系统中的集成四端口混合储能装置及其控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种集成四端口混合储能装置，新能源发电模块、蓄电池、超级电容、负载分别作为端口集成在一个全桥变换器中，新能源发电模块如光伏模块通过LC滤波器直接与全桥变换器相连；蓄电池与超级电容分别通过电感与桥臂中点相连，组成了双向Buck/Boost变换器；其主电路的全桥结构包括第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4；第一开关管S1和第二开关管S2位于第一桥臂A上，第一开关管S1下端与第二开关管S2上端连接，桥臂中点连接电感L_B的一端，电感L_B的另一端连接储能蓄电池的正极，储能蓄电池的负极与第二开关管S₂的下端连接；第三开关管S₃和四开关管S₄位于第二桥臂B上，第三开关管S₃下端与第四开关管S₄上端连接，桥臂中点连接电感L_SC的一端，电感L_SC的另一端连接超级电容，超级电容另一端与第四开关管S₄的下端连接；位于第三桥臂上的第一二极管D₁，第三二极管D₃和位于第四桥臂上的第二二极管D₂，第四二极管D₄组成二极整流管，二极管整流管一端与变压器副边连接，另一端通过电感L_f和电容C_f与负载R相连。

所述集成四端口混合储能装置有三种工作模式：单输入双输出模式、单输入单输出模式、双输入单输出模式。

一种集成四端口混合储能控制方法，包括以下步骤：