(一)技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及微電網(wǎng)或分布式發(fā)電系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是一種混合儲能控制系統(tǒng)及其工作方法。

(二)

背景技術(shù)：
：

隨著社會的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對能源的需求日益增長。光伏能源作為一種可再生的清潔能源，正日益受到各國政府重視，得到了大力發(fā)展。然而，由于受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度等外部環(huán)境影響，導(dǎo)致光伏發(fā)電普遍存在著供用電不平衡的現(xiàn)象。因此，需要為光伏發(fā)電系統(tǒng)配備一定容量的儲能系統(tǒng)。

作為儲能部件，超級電容器和蓄電池是有著很大區(qū)別的：超級電容器直接儲能效率是非常高的，可以接近100％的理想值；而蓄電池需要化學(xué)轉(zhuǎn)換，在“標(biāo)準(zhǔn)充電”狀態(tài)下，轉(zhuǎn)換效率為1/1.5(10小時放電率要充電15小時)。實(shí)際運(yùn)用中，超級電容器充、放電時的發(fā)熱量很小，而蓄電池的發(fā)熱相對較大。特別是大電流放電時，蓄電池的極板會變形，經(jīng)常大電流放電還有可能使極板斷裂而報廢?！俺夒娙萜骱托铍姵鼗旌蟽δ堋币懈綦x措施，否則會互相牽扯(兩者內(nèi)阻不同，放電電壓不一樣，存在兩者“互充”現(xiàn)象使效率降低)。鋰電池其輕便，體積小，能量密度大，符合分布式發(fā)電對能量密度的要求。鋰電池的缺點(diǎn)在于，受電化學(xué)反應(yīng)速率的影響，其功率密度較小，當(dāng)負(fù)載功率突變時，很難滿足系統(tǒng)的動態(tài)要求。超級電容充放電時內(nèi)部發(fā)生的是物理變化，功率密度大是超級電容的一大特點(diǎn)，可以瞬時提供較大功率，缺點(diǎn)在于其能量密度較低，因此鋰電池與超級電容在性能上互補(bǔ)性很強(qiáng)，自然可以考慮將兩者結(jié)合構(gòu)成混合儲能系統(tǒng)，充分發(fā)揮兩者優(yōu)勢，使系統(tǒng)性能大大提高。

(三)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明的目的在于提供一種混合儲能控制系統(tǒng)及其工作方法，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種將多種儲能方式結(jié)合在一起的結(jié)構(gòu)簡單、容易實(shí)現(xiàn)、可操作性強(qiáng)的混合儲能系統(tǒng)及其工作方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種混合儲能控制系統(tǒng)，包括負(fù)載、直流母線、光伏發(fā)電單元，其特征在于它包括混合儲能單元、變換器單元、pwm單元和控制器單元；其中，所述控制器單元由2個控制器模塊構(gòu)成，分別是變換器單元控制器i和混合儲能單元充放電控制器模塊；所述混合儲能單元依變換器單元和pwm單元與直流母線呈雙向連接；所述混合儲能單元為負(fù)載供電；所述變換器單元控制器i采集混合儲能單元的充放電電流信號和直流母線電壓信號，對變換器單元進(jìn)行工作模式的控制；所述混合儲能單元充放電控制器模塊的輸入的采集混合儲能單元的端電壓和充放電電流信號，對控制混合儲能單元進(jìn)行充放電進(jìn)行控制。

所述混合儲能單元是由鋰電池與超級電容構(gòu)成，所述鋰電池是維持直流母線上能量供需平衡提供穩(wěn)定直流母線電壓的v-f分布式電源；所述超級電容則可以在負(fù)載突變時為微網(wǎng)提供恒定的頻率，作為pq分布式電源，減小負(fù)載突變對直流母線造成的沖擊；所述鋰電池與超級電容均依次通過變換器單元與直流母線相連。

所述變換器單元是dc-dc雙向變換器，也可以是由dc-ac變換器和ac-dc變換器構(gòu)成的變換器單元。

所述dc-dc雙向變換器是由開關(guān)管s1、開關(guān)管s2、二極管vd1、二極管vd2和電容c1構(gòu)成；所述二極管vd1、二極管vd2分別并聯(lián)在開關(guān)管s1、開關(guān)管s2的集電極和發(fā)射極兩端；所述電容c1并聯(lián)在相互串聯(lián)的開關(guān)管s1、開關(guān)管s2兩端；所述混合儲能單元可以等效成電容c、內(nèi)阻r和電感l(wèi)相互串聯(lián)的電路結(jié)構(gòu)，一端連接在開關(guān)管s1、開關(guān)管s2的串聯(lián)中間點(diǎn)，另一端與電容c1連接；所述負(fù)載可以等效成電阻rl，并聯(lián)在電容c1兩端。

所述混合儲能器單元充放電控制模塊由三個控制器構(gòu)成，分別記作控制器ii、控制器iii和控制器iv；所述控制器i采集鋰電池充放電電流和直流母線電壓，控制變換器單元工作于單端穩(wěn)壓模式，穩(wěn)定直流母線的電壓；所述控制器ii采集超級電容端壓和充放電電流，以實(shí)現(xiàn)對超級電容充放電功率的控制，釋放或吸收突變功率的高頻信號給鋰電池，通過控制器iv控制鋰電池的充放電；所述控制器iii在負(fù)載功率波動值小于設(shè)定的閾值時，采集超級電容的電流和端電壓，對超級電容進(jìn)行恒壓限流充電控制；所述控制器iv對鋰電池進(jìn)行充放電控制。

一種混合儲能控制系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟：

(1)由控制器i采集鋰電池充放電電流和直流母線電壓，并根據(jù)給定的直流母線電壓值控制變換器單元工作于單端穩(wěn)壓模式，穩(wěn)定直流母線的電壓；

(2)設(shè)pload、pli、pc、ppv分別為負(fù)載、鋰電池、超級電容以及光伏電池的功率，則可以得到負(fù)載的功率應(yīng)滿足：pload＝pli+ppv+pc；

(3)對負(fù)載功率進(jìn)行高頻分量的檢測；設(shè)pc-ref為負(fù)載突變時超級電容的高頻功率給定量，根據(jù)單極點(diǎn)高通濾波器的通用表達(dá)式可知：

其中，k為比例系數(shù)；s為算子；ω0為頻率。

(4)控制器ii采集超級電容端電壓和充放電電流，根據(jù)負(fù)載功率高頻分量檢測環(huán)節(jié)的高頻功率信號，得出超級電容實(shí)時充放電電流值的大小，以實(shí)現(xiàn)對超級電容充放電功率的控制，釋放或吸收突變功率的高頻信號給鋰電池，通過控制器iv控制鋰電池的充放電；

(5)確定超級電容本身的充放電功率；此時，若負(fù)載容量突然變大，需要確定的是超級電容應(yīng)該釋放的功率和放電電流的大??；而當(dāng)當(dāng)負(fù)載突然減小時，則需確定超級電容所要吸收的功率和充電電流的大??；

超級電容的充放電功率pc為：

pc＝vcic

其中，vc為超級電容兩端的電壓，ic為超級電容支路上的電流；

當(dāng)負(fù)載突然增加時，經(jīng)濾波得出的超級電容功率給定pc-ref為正值，即此時超級電容應(yīng)該釋放的功率為：

此時，超級電容放電電流應(yīng)該為：

當(dāng)負(fù)載突然減小時，經(jīng)過濾波得出的pc-ref為負(fù)值，即此時超級電容應(yīng)該吸收功率，為：pc＝vcic＝pc-refμ；

此時，超級電容的充電電流大小為：

在負(fù)載突然增加或突然減小時，控制器ii根據(jù)超級電容放電電流和充電電流的計算結(jié)果，即可實(shí)現(xiàn)對超級電容功率的控制；

(6)當(dāng)負(fù)載的功率波動值小于設(shè)定的閾值時，控制器iii則采集超級電容的電流和端電壓，根據(jù)設(shè)定的超級電容端壓參考值進(jìn)行恒壓限流充電，這能使超級電容的電壓時刻維持在設(shè)定值，為下一次負(fù)載突變做準(zhǔn)備；

(7)在運(yùn)行在鋰電池過放時，鋰電池已經(jīng)不能在維持母線電壓穩(wěn)定，應(yīng)斷開負(fù)載，由控制器iv對鋰電池進(jìn)行充電控制，根據(jù)采集到的鋰電池的端電壓和電流，對其進(jìn)行恒壓限流充電。

本發(fā)明的優(yōu)越性：將鋰電池與超級電容分別通過雙向半橋變換器連接到直流母線上構(gòu)成混合儲能系統(tǒng)，鋰電池穩(wěn)定直流母線電壓以維持母線上能量供需平衡，超級電容立即供應(yīng)負(fù)載波動功率高頻分量，抑制負(fù)載突變對直流母線造成的影響。恒壓限流充電環(huán)節(jié)能在負(fù)載突變后對超級電容自動充放電，使其端電壓回到給定值，為下一次負(fù)載突變做準(zhǔn)備，極大地提高了超級電容的利用率，減小了系統(tǒng)對超級電容的容量要求。

(四)附圖說明：

圖1為本發(fā)明所涉一種混合儲能控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖框圖。

圖2為本發(fā)明所涉一種混合儲能控制系統(tǒng)的中的雙向半橋變換器的電路結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明所涉一種混合儲能控制系統(tǒng)工作方法的流程示意圖。

(五)具體實(shí)施方式：

實(shí)施例：一種混合儲能控制系統(tǒng)(見圖1)，包括負(fù)載、直流母線、微網(wǎng)內(nèi)發(fā)電單元，其特征在于它包括混合儲能單元、變換器單元、pwm單元和控制器單元；其中，所述控制器單元由2個控制器模塊構(gòu)成，分別是變換器單元控制器i和混合儲能單元充放電控制器模塊；所述混合儲能單元依變換器單元和pwm單元與直流母線呈雙向連接；所述混合儲能單元為負(fù)載供電；所述變換器單元控制器i采集混合儲能單元的充放電電流信號和直流母線電壓信號，對變換器單元進(jìn)行工作模式的控制；所述混合儲能單元充放電控制器模塊的輸入的采集混合儲能單元的端電壓和充放電電流信號，對控制混合儲能單元進(jìn)行充放電進(jìn)行控制。

所述混合儲能單元(見圖1)是由鋰電池與超級電容構(gòu)成，所述鋰電池是維持直流母線上能量供需平衡提供穩(wěn)定直流母線電壓的v-f分布式電源；所述超級電容則可以在負(fù)載突變時為微網(wǎng)提供恒定的頻率，作為pq分布式電源，減小負(fù)載突變對直流母線造成的沖擊；所述鋰電池與超級電容均依次通過變換器單元與直流母線相連。

所述變換器單元是dc-dc雙向變換器(見圖1)，也可以是由dc-ac變換器和ac-dc變換器構(gòu)成的變換器單元。

所述dc-dc雙向變換器(見圖2)是由開關(guān)管s1、開關(guān)管s2、二極管vd1、二極管vd2和電容c1構(gòu)成；所述二極管vd1、二極管vd2分別并聯(lián)在開關(guān)管s1、開關(guān)管s2的集電極和發(fā)射極兩端；所述電容c1并聯(lián)在相互串聯(lián)的開關(guān)管s1、開關(guān)管s2兩端；所述混合儲能單元可以等效成電容c、內(nèi)阻r和電感l(wèi)相互串聯(lián)的電路結(jié)構(gòu)，一端連接在開關(guān)管s1、開關(guān)管s2的串聯(lián)中間點(diǎn)，另一端與電容c1連接；所述負(fù)載可以等效成電阻rl，并聯(lián)在電容c1兩端。

所述混合儲能器單元充放電控制模塊由三個控制器構(gòu)成(見圖1)，分別記作控制器ii、控制器iii和控制器iv；所述控制器i采集鋰電池充放電電流和直流母線電壓，控制變換器單元工作于單端穩(wěn)壓模式，穩(wěn)定直流母線的電壓；所述控制器ii采集超級電容端壓和充放電電流，以實(shí)現(xiàn)對超級電容充放電功率的控制，釋放或吸收突變功率的高頻信號給鋰電池，通過控制器iv控制鋰電池的充放電；所述控制器iii在負(fù)載功率波動值小于設(shè)定的閾值時，采集超級電容的電流和端電壓，對超級電容進(jìn)行恒壓限流充電控制；所述控制器iv對鋰電池進(jìn)行充放電控制。

一種混合儲能控制系統(tǒng)的工作方法(見圖3)，其特征在于它包括以下步驟：

(1)由控制器i采集鋰電池充放電電流和直流母線電壓，并根據(jù)給定的直流母線電壓值控制變換器單元工作于單端穩(wěn)壓模式，穩(wěn)定直流母線的電壓；

(2)設(shè)pload、pli、pc、ppv分別為負(fù)載、鋰電池、超級電容以及光伏電池的功率，則可以得到負(fù)載的功率應(yīng)滿足：pload＝pli+ppv+pc；

(3)對負(fù)載功率進(jìn)行高頻分量的檢測；設(shè)pc-ref為負(fù)載突變時超級電容的高頻功率給定量，根據(jù)單極點(diǎn)高通濾波器的通用表達(dá)式可知：

其中，k為比例系數(shù)；s為算子；ω0為頻率。

(4)控制器ii采集超級電容端壓和充放電電流，根據(jù)負(fù)載功率高頻分量檢測環(huán)節(jié)的高頻功率信號，得出超級電容實(shí)時充放電電流值的大小，以實(shí)現(xiàn)對超級電容充放電功率的控制，釋放或吸收突變功率的高頻信號給鋰電池，通過控制器iv控制鋰電池的充放電；

(5)確定超級電容本身的充放電功率；此時，若負(fù)載容量突然變大，需要確定的是超級電容應(yīng)該釋放的功率和放電電流的大??；而當(dāng)當(dāng)負(fù)載突然減小時，則需確定超級電容所要吸收的功率和充電電流的大??；

超級電容的充放電功率pc為：

pc＝vcic

其中，vc為超級電容兩端的電壓，ic為超級電容支路上的電流；

當(dāng)負(fù)載突然增加時，經(jīng)濾波得出的超級電容功率給定pc-ref為正值，即此時超級電容應(yīng)該釋放的功率為：

此時，超級電容放電電流應(yīng)該為：

當(dāng)負(fù)載突然減小時，經(jīng)過濾波得出的pc-ref為負(fù)值，即此時超級電容應(yīng)該吸收功率，為：pc＝vcic＝pc-refμ；

此時，超級電容的充電電流大小為：

在負(fù)載突然增加或突然減小時，控制器ii根據(jù)超級電容放電電流和充電電流的計算結(jié)果，即可實(shí)現(xiàn)對超級電容功率的控制；

(6)當(dāng)負(fù)載的功率波動值小于設(shè)定的閾值時，控制器iii則采集超級電容的電流和端電壓，根據(jù)設(shè)定的超級電容端壓參考值進(jìn)行恒壓限流充電，這能使超級電容的電壓時刻維持在設(shè)定值，為下一次負(fù)載突變做準(zhǔn)備；

(7)在運(yùn)行在鋰電池過放時，鋰電池已經(jīng)不能在維持母線電壓穩(wěn)定，應(yīng)斷開負(fù)載，由控制器iv對鋰電池進(jìn)行充電控制，根據(jù)采集到的鋰電池的端電壓和電流，對其進(jìn)行恒壓限流充電。