[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于DAB的大功率双重模块化混合储能系统，其特征在于包括：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；直流母线连接功率转换系统、负载、储能系统；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，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，通过控制隔离开关的投切，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；高频变压器及其漏感，连接在两个H桥中间，实现DAB原副边两侧不同电压等级的变换以及能量的传输；所述锂电池储能装置，与所述母线连接，向所述母线充电或放电；所述超级电容储能装置，与所述母线连接，向所述母线充电或放电；所述混合储能单元模块母线侧正负两极可进行级联，根据直流母线的电压等级和负载的功率需求采取不同类型的链式拓展方案，整合成混合储能系统；混合储能单元模块储能侧等效于并联分流，母线侧正负极采取串联分压链式拓展方案或混合储能单元模块储能侧等效于并联分流，母线侧正负极采取并联分流链式拓展方案；所述混合储能系统中，原边侧端电压为U₁，副侧端电压为U₂，原边侧额定电压为U_{1_rated}，副边侧额电压为U_{2_rated}，有DAB的两端电压与变压器变比匹配度程度k的计算公式为显然当原副边端电压均为额定电压时有k＝1；第j个混合储能单元模块中锂电池储能装置端电压U_{bat_j}、母线侧电压U_{bat_bus_j}，以及第j个混合储能单元中超级电容储能装置端电压U_{SC_j}、母线侧电压U_{SC_bus_j}，由计算出第j个混合储能单元模块中连接锂电池储能装置及直流母线的DAB₂的电压变比匹配度k_{bat_j},由计算出连接超级电容储能装置及直流母线的DAB₃的电压变比匹配k_{SC_j},第j个混合储能单元模块hes_{_j}中的DAB₂的电压变比匹配度k_{bat_j}与DAB₂的最小工作电压变比匹配度k_{bat_workmin_j}进行比较判断,由于直流母线电压通常稳定于额定电压，当各混合储能单元模块参数一致，功率均衡时，IPOS链式拓展方案下有：IPOP链式拓展方案下有：由计算出的kbat_workmin_j，kbat_j及kSC_j之间的大小关系，选择相应的工作模式；所述混合储能系统的不同工作模式包括：混合储能系统离网模式：锂电池储能装置、超级电容储能装置均处于离网状态，且锂电池储能装置与超级电容储能装置之间不可直接进行能量传递；超级电容储能装置离网充电模式：锂电池储能装置、超级电容储能装置均处于离网状态，且锂电池储能装置与超级电容储能装置之间可直接进行能量传递；锂电池储能装置并网模式：锂电池储能装置处于并网状态、超级电容储能装置处于离网状态，且锂电池储能装置与超级电容储能装置之间不可直接进行能量传递；超级电容储能装置并网待工模式：锂电池储能装置处于离网状态、超级电容储能装置处于并网状态，且锂电池储能装置与超级电容储能装置不可直接进行能量传递；混合储能系统并网待工模式：锂电池储能装置、超级电容储能装置均处于并网状态，且锂电池储能装置与超级电容储能装置之间不可直接进行能量传递，可间接通过直流母线进行能量传递。