CN103812128A - 一种含lc调谐滤波器的链式混合储能系统及其控制方法 - Google Patents

一种含lc调谐滤波器的链式混合储能系统及其控制方法 Download PDF

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CN103812128A CN201410053458.3A CN201410053458A CN103812128A CN 103812128 A CN103812128 A CN 103812128A CN 201410053458 A CN201410053458 A CN 201410053458A CN 103812128 A CN103812128 A CN 103812128A
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Abstract

本发明公开了一种含LC调谐滤波器的链式混合储能系统及其控制方法，该系统包括由电容功率单元、超级电容器储能单元以及蓄电池储能单元构成的链式混合储能结构，以及与链式混合储能结构连接构成辅助功率环路的LC调谐滤波器。系统通过输出PWM调制波控制各个单元，调制波由两部分组成，工频调制波控制储能系统工频交流电压、电流输出，高频调制波控制功率通过辅助功率环路在各单元之间转移：超级电容器储能单元通过辅助功率环路向电容器功率单元充电以维持其端电压稳定；当蓄电池储能单元输出电流不足时，超级电容器储能单元通过辅助功率环路向蓄电池储能单元提供功率；当超级电容器剩余能量不足时，蓄电池通过辅助功率环路向超级电容器充电。

Description

一种含LC调谐滤波器的链式混合储能系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及储能技术领域，尤其涉及的是一种链式混合储能系统及其控制方法。
背景技术
现有的储能元件可以分为能量型(铅酸电池、锂电池和钠硫电池等)和功率型(超级电容器、超导磁储能和飞轮储能等)两类。实际应用中某些需求，如平抑间歇式电源功率波动，需要储能系统既要有快速响应部分，也要有一定的储能容量，因此只选择某一种类型的储能技术难以满足。混合储能系统(Hybrid Energy StorageSystem，HESS)通过将不同种类的储能元件直接并联或通过电力电子变换器连接，使不同储能技术的特性得以互补，从而提高储能系统的整体性能和储能元件的使用寿命。在电动汽车电源、稳定电网电压和平滑功率波动等领域有着广泛的应用。
在对于储能技术的选择上，蓄电池／超级电容器混合储能系统，由于储能技术互补性强、成熟度高并且工业化应用程度好，是目前混合储能系统研究的重点。研究成果显示蓄电池／超级电容器混合储能系统可以同时具有较高的能量密度和功率密度，其性能优于蓄电池储能系统，并可以延长系统中蓄电池的寿命。
将蓄电池或超级电容器与变换器进行并联组成储能单元，然后再将储能单元进行串联组成链式混合储能系统，可以提高储能系统的输出电压和电平数，使其具有直接并入中高压交流电网的能力以及优良的电能质量。但是由于变换器之间的串联结构，蓄电池储能单元和超级电容器储能单元需要具备同样的电流输出能力，这与超级电容器电流输出能力强，蓄电池功率输出能力弱的特性有矛盾。同时，输出电压和电平数直接和串联的储能单元数量有关，高压、低谐波电压输出需要的储能元件数量更多，成本也较高。最后，在串联结构中，超级电容器中的能量难以从蓄电池中进行补充。
发明内容
技术问题：针对上述现有技术，提供一种能够在串联结构中通过储能单元之间的功率转移提高蓄电池储能单元电流输出能力，同时蓄电池可以向超级电容器充电，并能够提高储能系统输出电压的链式混合储能系统。
技术方案：为了实现上述目的，本发明使用以下技术方案：
一种链式混合储能系统，所述系统包括至少一个超级电容器储能单元、至少一个蓄电池储能单元、至少一个电容器功率单元、输出电感、交流母线、LC调谐滤波器、电流检测单元、电压检测单元以及控制器；其中：
所述每个超级电容器储能单元由超级电容器对应与一个级联变换器输入端并联组成；所述每个蓄电池储能单元由蓄电池对应与一个级联变换器输入端并联组成；所述每个电容器功率单元由电容器与全桥变换器并联组成；所述超级电容器储能单元、蓄电池储能单元以及电容器功率单元组成链式混合储能结构：所述每个单元输出端的两个端子分别与相邻单元的输出端端子串联，第一个单元输出端的正端子通过所述输出电感连接交流母线的一极，最后一个单元的输出端的负端子连接到所述交流母线的另一极；所述LC调谐滤波器设置在所述第一个单元输出端正端子与最后一个单元输出端负端子之间；所述电流检测单元采集交流母线的电流信号和LC调谐滤波器电流信号，并将所述电流信号传输至所述控制器；所述电压检测单元采集超级电容器和蓄电池的正负极电压值，并采集所述电容器两端电压值以及交流母线电压信号，并将所述电压信号传输至所述控制器；所述控制器输出PWM信号到所述各个级联变换器和全桥变换器。
进一步的，所述级联变换器由升压DC／DC变换器和全桥变换器级联组成；所述全桥变换器由两个桥臂组成，每个桥臂包括两个串联的功率器件；在所述升压DC／DC变换器和全桥变换器之间并联有电容。
进一步的，所述全桥变换器中的功率器件为电力场效应管MOSFET、电力晶体管GTR或绝缘栅双极晶体管IGBT的半导体开关管。
进一步的，所述全桥变换器由两个桥臂组成，每个桥臂包括两个串联的功率器件。
进一步的，所述超级电容器由若干串并联的单体超级电容器组成，所述单体超级电容器为双电层型单体超级电容器或赝电容型单体超级电容器。
进一步的，所述蓄电池由若干串并联的单体蓄电池组成，所述单体蓄电池为铅酸电池、锂电池、钠硫电池、镍氢电池或全钒液流电池。
进一步的，所述控制器包括：数字信号微处理器，连接所述数字信号微处理器的通讯接口、电源模块、模／数转换模块、显示模块以及PWM驱动模块；其中：
所述模／数转换模块用于将所述电压检测单元采集的电压信号和电流检测单元采集的电流信号转换为数字信号，并将所述数字信号输入至数字信号微处理器；
所述数字信号微处理器用于根据接收到的所述数字信号执行控制算法并输出PWM信号；
所述通讯接口用于数字信号微处理器与上位机之间的通讯；
所述电源模块用于给所述控制器供电；
所述显示模块用于对所述控制器的运行状态进行显示；
所述PWM驱动模块用于接收所述数字信号微处理器输出的PWM信号，并将所述PWM信号进行放大后驱动所述全桥变换器和级联变换器。
一种链式混合储能系统控制方法，包括如下步骤：
步骤(1)，电压检测单元采集超级电容器、蓄电池的正负极电压值、电容器两端电压以及交流母线电压信号，并将所述电压信号传输至所述控制器的模／数转换模块进行模／数转换，并将模／数转换后的数字信号传输至数字信号微处理器；电流检测单元采集交流母线的电流信号和LC调谐滤波器电流信号，并将所述电流信号传输至所述控制器的模／数转换模块进行模／数转换，并将模／数转换后的数字信号传输至数字信号微处理器；
步骤(2)，当链式混合储能系统工作在正常功率输出模式时，数字信号微处理器将检测到的交流母线电流信号和工频电流参考值比较得到电流误差信号后，根据所述电流误差信号经PI调理后得到各单元电压占空比控制工频调制波，所述工频调制波与和所有单元数量一致的三角载波比较后生成各个全桥变换器功率器件与级联变换器器中全桥变换器功率器件的PWM信号，控制所有全桥变换器输出电压叠加后在交流母线上输出与工频电流参考值一致的工频交流电；同时数字信号微处理器将检测到的电容器端电压与电压参考值进行比较得到电压误差值，根据所述电压误差值生成一个高频正弦电压信号，所述高频正弦电压信号的频率为LC调谐滤波器的谐振频率
Figure BDA0000466714110000031
幅度为所述电压误差值的PI调节量；将所述高频正弦电压信号叠加在所述超级电容器储能单元工频调制波上形成第一组含高频分量的调制波，再将所述高频正弦电压信号移相
Figure BDA0000466714110000032
后叠加在电容器功率单元工频调制波上形成第二组含高频分量的调制波，所述两组含高频分量的调制波与对应三角载波进行比较后分别驱动超级电容器储能单元级联变换器和电容器功率单元全桥变换器的功率器件，使超级电容器储能单元和电容器功率单元输出电压中包含相位差为的高频电压分量；通过调节所述相位差来控制功率从超级电容器储能单元转移到电容器储能单元中：所述电容器以所述高频吸收功率Pci，同时以工频输出功率Pco，当Poi＝Pco时，电容器端电压保持恒定；
当超级电容器储能单元中的电容器剩余能量达到下限时，控制蓄电池向超级电容器充电的具体步骤如下：数字信号微处理器将检测到的超级电容器端电压与该超级电容器电压参考值进行比较得到误差值，微处理器根据该误差值生成一个高频正弦电压信号，所述高频正弦电压信号的频率为LC调谐滤波器的谐振频率
Figure BDA0000466714110000043
幅度为该电压误差值的PI调节量；然后将所述高频正弦电压信号叠加在蓄电池储能单元工频调制波上形成第一组含高频分量的调制波，再将所述高频正弦电压信号移相后叠加在超级电容器储能单元工频调制波上形成第二组含高频分量的调制波；形成的两组高频调制波与对应三角载波进行比较后分别驱动蓄电池储能单元级联变换器和超级电容器储能单元级联变换器的功率器件，使蓄电池储能单元和超级电容器储能单元输出电压中包含相位差为
Figure BDA0000466714110000045
的高频电压分量；通过调节所述相位差
Figure BDA0000466714110000046
来控制功率从蓄电池储能单元转移到超级电容储能单元中：超级电容器以高频吸收功率Psci，同时以工频输出功率Psco，当Psci>Psco时，完成对超级电容器的充电；
当混合储能系统输出电流超过蓄电池储能单元中蓄电池电流输出能力时，控制超级电容器向蓄电池提供功率的具体步骤如下：数字信号微处理器将蓄电池输出电流与输出电流参考值进行比较生成蓄电池输出电流误差值，微处理器根据所述电流误差值生成一个高频正弦电压信号，所述高频正弦电压信号的频率为LC调谐滤波器的谐振频率
Figure BDA0000466714110000047
幅度为该电压误差值的PI调节量；然后将所述高频正弦电压信号叠加在超级电容器储能单元工频调制波上形成第一组含高频分量的调制波，再将所述高频正弦电压信号移相
Figure BDA0000466714110000048
后叠加在蓄电池储能单元工频调制波上形成第二组含高频分量的调制波；形成的两组高频调制波与对应三角载波进行比较后分别驱动超级电容器储能单元级联变换器和蓄电池储能单元级联变换器的功率器件，使超级电容器储能单元和蓄电池储能单元输出电压中包含相位差为
Figure BDA0000466714110000049
的高频电压分量；通过调节所述相位差
Figure BDA00004667141100000410
来控制功率从超级电容器储能单元向蓄电池储能单元中的级联变换器中的电容转移功率：电容以高频吸收功率Pbi，同时以工频输出功率Pbo，当Pbi=Pbo时，电容(端电压保持恒定，而功率Pbo提高了蓄电池储能单元的输出电流。
有益效果：使用本发明公开的混合储能系统及其控制方法，可以在充放电过程中，通过控制全桥变换器和级联变换器的PWM开关信号，在全桥变换器和级联变换器的输出交流电压中包含一个高频分量，从而使各串联单元和LC调谐滤波器之间形成一个辅助功率环路。通过调节各单元输出高频电压分量的幅度和相位差，可以改变功率在不同单元之间流动的大小和方向。由于LC调谐滤波器的选频作用，高频电压分量不会影响交流母线的电压质量，从而在不影响交流母线的电压、电流输出的前提下，实现不同储能元件之间的功率交换。
通过功率交换，超级电容器储能单元通过辅助功率环路向电容器功率单元充电以维持其端电压稳定，从而提高混合储能系统的输出电压；当蓄电池储能单元输出电流不足时，超级电容器储能单元通过辅助功率环路向蓄电池储能单元提供电流以提高其电流输出能力；当超级电容器剩余能量不足时，蓄电池通过辅助功率环路向超级电容器充电。
附图说明
图1是是本发明的总体结构示意图；
图2是本发明的电容器功率单元连接示意图；
图3是本发明的超级电容器储能单元连接示意图；
图4是本发明的蓄电池储能单元连接示意图；
图5是本发明控制器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示的一种链式混合储能系统，包括若干个超级电容器储能单元、若干个蓄电池储能单元、若干个电容器功率单元、输出电感1、交流母线2、LC调谐滤波器3、电流检测单元4、电压检测单元10以及控制器11。其中：每个超级电容器储能单元由超级电容器8对应与一个级联变换器6输入端并联组成。每个蓄电池储能单元由蓄电池9对应与一个级联变换器6输入端并联组成。每个电容器功率单元由电容器7与全桥变换器5并联组成。所有超级电容器储能单元、蓄电池储能单元以及电容器功率单元组成链式混合储能结构：即每个上述单元输出端的两个端子分别与相邻单元的输出端端子串联，第一个单元输出端的正端子通过输出电感1连接交流母线2的一极，最后一个单元的输出端的负端子连接到所述交流母线2的另一极。LC调谐滤波器3设置在第一个单元输出端正端子与最后一个单元输出端负端子之间。电流检测单元4用于采集交流母线2的电流信号和LC调谐滤波器3电流信号，并将采集到的电流信号传输至控制器11；电压检测单元10用于采集超级电容器8和蓄电池9的正负极电压值，并采集电容器7两端电压值以及交流母线2电压信号，并将采集到的电压信号传输至控制器11。控制器11用于输出PWM信号到所述各个级联变换器6和全桥变换器5。
如图3所示为超级电容器储能单元结构示意图，级联变换器6由升压DC／DC变换器61和全桥变换器62级联组成。全桥变换器62由两个桥臂组成，每个桥臂包括两个串联的功率器件；在升压DC／DC变换器61和全桥变换器62之间并联有电容63；级联变换器6的输入端连接超级电容器8。升压DC／DC变换器61低压侧正极与超级电容器8正极相连，升压DC／DC变换器61低压侧负极与超级电容器8负极相连。全桥变换器62第一个桥臂的中心点为超级电容器储能单元输出端正端子，全桥变换器62第二个桥臂的中心点为超级电容器储能单元输出端负端子。
如图2所示电容器功率单元结构示意图，全桥变换器5由两个桥臂组成，每个桥臂包括两个串联的功率器件，全桥变换器5中的第一个功率器件51的发射极与第二个功率器件52的集电极相连构成第一个桥臂，第三个功率器件53的发射极与第四个功率器件54的集电极相连构成第二个桥臂。第一个功率器件51的集电极、第三个功率器件53的集电极与电容器正极相连。第二个功率器件52的发射极、第四个功率器件54的发射极与电容器负极相连。第一个桥臂的中心点为电容器功率单元输出端正端子，第二个桥臂的中心点为电容器功率单元输出端负端子。
如图4所示为蓄电池储能单元结构示意图，连接蓄电池9正负极的级联变换器结构与超级电容器储能单元中级联变换器6结构相同。级联变换器6中的升压DC／DC变换器61用于稳定级联变换器6中全桥变换器62的直流侧电压，并提高蓄电池储能单元的电流输出能力。三种单元中全桥变换器62中的功率器件为电力场效应管MOSFET、电力晶体管GTR或绝缘栅双极晶体管IGBT的半导体开关管。其中超级电容器8由若干串并联的单体超级电容器组成，该单体超级电容器为双电层型单体超级电容器或赝电容型单体超级电容器。蓄电池9由若干串并联的单体蓄电池组成，该单体蓄电池为铅酸电池、锂电池、钠硫电池、镍氢电池或全钒液流电池。
控制器11包括：数字信号微处理器111，连接数字信号微处理器111的通讯接口112、电源模块113、模／数转换模块114、显示模块115以及PWM驱动模块116。其中：模／数转换模块114用于将电压检测单元10采集的电压信号和电流检测单元6采集的电流信号转换为数字信号，并将数字信号输入至数字信号微处理器111。数字信号微处理器111用于根据接收到的数字信号执行控制算法并输出PWM信号。通讯接口112用于数字信号微处理器111与上位机之间的通讯，这里主要用于接收上位机给定的交流母线的工频电流参考值。电源模块113用于给所述控制器11供电。显示模块115用于对所述控制器11的运行状态进行显示。PWM驱动模块116用于接收数字信号微处理器111输出的PWM信号，并将PWM信号进行放大后驱动各个全桥变换器5和级联变换器6。
基于上述链式混合储能系统控制方法，包括如下步骤：
步骤(1)，电压检测单元10采集超级电容器8、蓄电池9的正负极电压值、电容器7两端电压以及交流母线2电压信号，并将采集到的电压信号传输至控制器11的模／数转换模块114进行模／数转换，并将模／数转换后的数字信号传输至数字信号微处理器111。电流检测单元4采集交流母线2的电流信号和LC调谐滤波器3电流信号，并将采集到的电流信号传输至控制器11的模／数转换模块114进行模／数转换，并将模／数转换后的数字信号传输至数字信号微处理器111。
步骤(2)，当链式混合储能系统工作在正常功率输出模式时，首先数字信号微处理器111将检测到的交流母线2电流信号和工频电流参考值比较得到电流误差信号后，该工频电流参考值由上位机通过通讯接口输入数字信号微处理器。根据该电流误差信号经PI调理后得到各单元电压占空比控制工频调制波，然后该工频调制波与和所有单元数量一致的三角载波比较后生成各个全桥变换器5功率器件与级联变换器器6中全桥变换器功率器件的PWM信号，三角载波可以通过载波层叠或载波移相方式生成，控制所有全桥变换器输出电压叠加后在交流母线2上输出与工频电流参考值一致的工频交流电。
同时为了维持电容器功率单元的直流侧电压稳定，需要超级电容器储能模块持续向电容器转移功率：数字信号微处理器111将检测到的电容器7端电压与该电容器电压参考值进行比较得到电容器电压误差值，该电容器7的电压参考值由上位机通过通讯接口传输至数字信号微处理器。然后微处理器根据该电容器电压误差值生成一个高频正弦电压信号，该高频正弦电压信号的频率为LC调谐滤波器3的谐振频率
Figure BDA0000466714110000081
幅度为该电压误差值的PI调节量。然后将该高频正弦电压信号叠加在超级电容器储能单元工频调制波上形成第一组含高频分量的调制波，再将该高频正弦电压信号移相后叠加在电容器功率单元工频调制波上形成第二组含高频分量的调制波；形成的两组高频调制波与对应三角载波进行比较后分别驱动超级电容器储能单元级联变换器6和电容器功率单元全桥变换器5的功率器件，使超级电容器储能单元和电容器功率单元输出电压中包含相位差为
Figure BDA0000466714110000083
的高频电压分量。由于高频电压分量的频率与LC调谐滤波器3的谐振频率一致，因此高频电压分量产生的功率将在串联单元与LC调谐滤波器3构成的辅助功率环路中流动。通过调节所述相位差
Figure BDA0000466714110000084
来控制功率从超级电容器储能单元转移到电容器功率单元中，进而所述电容器7以高频吸收功率Poi，同时以工频输出功率Pco，当Poi=Pco时，电容器7端电压保持恒定。
当超级电容器储能单元中的电容器8剩余能量达到下限时，控制蓄电池9向超级电容器8充电的具体步骤如下：数字信号微处理器111将检测到的超级电容器8端电压与该超级电容器电压参考值进行比较得到误差值，该超级电容器8的电压参考值由上位机通过通讯接口传输至数字信号微处理器。然后微处理器根据该误差值生成一个高频正弦电压信号，该高频正弦电压信号的频率为LC调谐滤波器3的谐振频率
Figure BDA0000466714110000085
幅度为该电压误差值的PI调节量。然后将该高频正弦电压信号叠加在蓄电池储能单元工频调制波上形成第一组含高频分量的调制波，再将该高频正弦电压信号移相
Figure BDA0000466714110000086
后叠加在超级电容器储能单元工频调制波上形成第二组含高频分量的调制波；形成的两组高频调制波与对应三角载波进行比较后分别驱动蓄电池储能单元级联变换器6和超级电容器储能单元级联变换器6的功率器件，使蓄电池储能单元和超级电容器储能单元输出电压中包含相位差为
Figure BDA0000466714110000087
的高频电压分量。由于高频电压分量的频率与LC调谐滤波器3的谐振频率一致，因此高频电压分量产生的功率将在串联单元与LC调谐滤波器3构成的辅助功率环路中流动。通过调节所述相位差
Figure BDA0000466714110000088
来控制功率从蓄电池储能单元转移到超级电容储能单元中，进而超级电容器8以高频吸收功率Psci，同时以工频输出功率Psco，当Psci>Psco时，完成对超级电容器8的充电。
当混合储能系统输出电流超过蓄电池储能单元中蓄电池9电流输出能力时，控制超级电容器8向蓄电池9提供功率的具体步骤如下：数字信号微处理器111将蓄电池9输出电流与输出电流参考值进行比较生成蓄电池输出电流误差值，该蓄电池输出电流误差值由上位机通过通讯接口传输至数字信号微处理器。然后微处理器根据该电流误差值生成一个高频正弦电压信号，该高频正弦电压信号的频率为LC调谐滤波器3的谐振频率
Figure BDA0000466714110000091
幅度为该电压误差值的PI调节量。然后将该高频正弦电压信号叠加在超级电容器储能单元工频调制波上形成第一组含高频分量的调制波，再将该高频正弦电压信号移相
Figure BDA0000466714110000092
后叠加在蓄电池储能单元工频调制波上形成第二组含高频分量的调制波；形成的两组高频调制波与对应三角载波进行比较后分别驱动超级电容器储能单元级联变换器6和蓄电池储能单元级联变换器6的功率器件，使超级电容器储能单元和蓄电池储能单元输出电压中包含相位差为
Figure BDA0000466714110000093
的高频电压分量。由于高频电压分量的频率与LC调谐滤波器3的谐振频率一致，因此高频电压分量产生的功率将在串联单元与LC调谐滤波器3构成的辅助功率环路中流动。通过调节所述相位差
Figure BDA0000466714110000094
来控制功率从超级电容器储能单元向蓄电池储能单元中的级联变换器6中的电容63转移功率，从而使电容63以高频吸收功率Pbi，同时以工频输出功率Pbo，当Pbi=Pbo时，电容63端电压保持恒定，而功率Pbo提高了蓄电池储能单元的输出电流。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种链式混合储能系统，其特征在于：所述系统包括至少一个超级电容器储能单元、至少一个蓄电池储能单元、至少一个电容器功率单元、输出电感(1)、交流母线(2)、LC调谐滤波器(3)、电流检测单元(4)、电压检测单元(10)以及控制器(11)；其中：
所述每个超级电容器储能单元由超级电容器(8)对应与一个级联变换器(6)输入端并联组成；所述每个蓄电池储能单元由蓄电池(9)对应与一个级联变换器(6)输入端并联组成；所述每个电容器功率单元由电容器(7)与全桥变换器(5)并联组成；所述超级电容器储能单元、蓄电池储能单元以及电容器功率单元组成链式混合储能结构：所述每个单元输出端的两个端子分别与相邻单元的输出端端子串联，第一个单元输出端的正端子通过所述输出电感(1)连接交流母线(2)的一极，最后一个单元的输出端的负端子连接到所述交流母线(2)的另一极；所述LC调谐滤波器(3)设置在所述第一个单元输出端正端子与最后一个单元输出端负端子之间；所述电流检测单元(4)采集交流母线(2)的电流信号和LC调谐滤波器(3)电流信号，并将所述电流信号传输至所述控制器(11)；所述电压检测单元(10)采集超级电容器(8)和蓄电池(9)的正负极电压值，并采集所述电容器(7)两端电压值以及交流母线(2)电压信号，并将所述电压信号传输至所述控制器(11)；所述控制器(11)输出PWM信号到所述各个级联变换器(6)和全桥变换器(5)。
2.如权利要求1所述的链式混合储能系统，其特征在于：所述级联变换器(6)由升压DC／DC变换器(61)和全桥变换器(62)级联组成；所述全桥变换器(62)由两个桥臂组成，每个桥臂包括两个串联的功率器件；在所述升压DC／DC变换器(61)和全桥变换器(62)之间并联有电容(63)。
3.如权利要求2所述的链式混合储能系统，其特征在于：所述全桥变换器(62)中的功率器件为电力场效应管MOSFET、电力晶体管GTR或绝缘栅双极晶体管IGBT的半导体开关管。
4.如权利要求1所述的链式混合储能系统，其特征在于：所述全桥变换器(5)由两个桥臂组成，每个桥臂包括两个串联的功率器件。
5.如权利要求1所述的链式混合储能系统，其特征在于：所述超级电容器(8)由若干串并联的单体超级电容器组成，所述单体超级电容器为双电层型单体超级电容器或赝电容型单体超级电容器。
6.如权利要求1所述的链式混合储能系统，其特征在于：所述蓄电池(9)由若干串并联的单体蓄电池组成，所述单体蓄电池为铅酸电池、锂电池、钠硫电池、镍氢电池或全钒液流电池。
7.如权利要求1所述的链式混合储能系统，其特征在于：所述控制器(11)包括：数字信号微处理器(111)，连接所述数字信号微处理器(111)的通讯接口(112)、电源模块(113)、模／数转换模块(114)、显示模块(115)以及PWM驱动模块(116)；其中：
所述模／数转换模块(114)用于将所述电压检测单元(10)采集的电压信号和电流检测单元(6)采集的电流信号转换为数字信号，并将所述数字信号输入至数字信号微处理器(111)；
所述数字信号微处理器(111)用于根据接收到的所述数字信号执行控制算法并输出PWM信号；
所述通讯接口(112)用于数字信号微处理器(111)与上位机之间的通讯；
所述电源模块(113)用于给所述控制器(11)供电；
所述显示模块(115)用于对所述控制器(11)的运行状态进行显示；
所述PWM驱动模块(116)用于接收所述数字信号微处理器(111)输出的PWM信号，并将所述PWM信号进行放大后驱动所述全桥变换器(5)和级联变换器(6)。
8.如权利要求1所述的链式混合储能系统控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)，电压检测单元(10)采集超级电容器(8)、蓄电池(9)的正负极电压值、电容器(7)两端电压以及交流母线(2)电压信号，并将所述电压信号传输至所述控制器(11)的模／数转换模块(114)进行模／数转换，并将模／数转换后的数字信号传输至数字信号微处理器(111)；电流检测单元(4)采集交流母线(2)的电流信号和LC调谐滤波器(3)电流信号，并将所述电流信号传输至所述控制器(11)的模／数转换模块(114)进行模／数转换，并将模／数转换后的数字信号传输至数字信号微处理器(111)；
步骤(2)，当链式混合储能系统工作在正常功率输出模式时，数字信号微处理器(111)将检测到的交流母线(2)电流信号和工频电流参考值比较得到电流误差信号后，根据所述电流误差信号经PI调理后得到各单元电压占空比控制工频调制波，所述工频调制波与和所有单元数量一致的三角载波比较后生成各个全桥变换器(5)功率器件与级联变换器器(6)中全桥变换器功率器件的PWM信号，控制所有全桥变换器输出电压叠加后在交流母线(2)上输出与工频电流参考值一致的工频交流电；同时数字信号微处理器(111)将检测到的电容器(7)端电压与电压参考值进行比较得到电压误差值，根据所述电压误差值生成一个高频正弦电压信号，所述高频正弦电压信号的频率为LC调谐滤波器(3)的谐振频率
Figure FDA0000466714100000031
幅度为所述电压误差值的PI调节量；将所述高频正弦电压信号叠加在所述超级电容器储能单元工频调制波上形成第一组含高频分量的调制波，再将所述高频正弦电压信号移相
Figure FDA0000466714100000032
后叠加在电容器功率单元工频调制波上形成第二组含高频分量的调制波，所述两组含高频分量的调制波与对应三角载波进行比较后分别驱动超级电容器储能单元级联变换器和电容器功率单元全桥变换器的功率器件，使超级电容器储能单元和电容器功率单元输出电压中包含相位差为
Figure FDA0000466714100000033
的高频电压分量；通过调节所述相位差
Figure FDA0000466714100000034
来控制功率从超级电容器储能单元转移到电容器储能单元中：所述电容器(7)以所述高频吸收功率Pci，同时以工频输出功率Pco，当Pci=Pco时，电容器(7)端电压保持恒定；
当超级电容器储能单元中的电容器(8)剩余能量达到下限时，控制蓄电池(9)向超级电容器(8)充电的具体步骤如下：数字信号微处理器(111)将检测到的超级电容器(8)端电压与该超级电容器电压参考值进行比较得到误差值，微处理器(111)根据该误差值生成一个高频正弦电压信号，所述高频正弦电压信号的频率为LC调谐滤波器(3)的谐振频率
Figure FDA0000466714100000035
幅度为该电压误差值的PI调节量；然后将所述高频正弦电压信号叠加在蓄电池储能单元工频调制波上形成第一组含高频分量的调制波，再将所述高频正弦电压信号移相后叠加在超级电容器储能单元工频调制波上形成第二组含高频分量的调制波；形成的两组高频调制波与对应三角载波进行比较后分别驱动蓄电池储能单元级联变换器(6)和超级电容器储能单元级联变换器(6)的功率器件，使蓄电池储能单元和超级电容器储能单元输出电压中包含相位差为
Figure FDA0000466714100000037
的高频电压分量；通过调节所述相位差
Figure FDA0000466714100000038
来控制功率从蓄电池储能单元转移到超级电容储能单元中：超级电容器(8)以高频吸收功率Psci，同时以工频输出功率Psco，当Psci>Psco时，完成对超级电容器(8)的充电；
当混合储能系统输出电流超过蓄电池储能单元中蓄电池(9)电流输出能力时，控制超级电容器(8)向蓄电池(9)提供功率的具体步骤如下：数字信号微处理器(111)将蓄电池(9)输出电流与输出电流参考值进行比较生成蓄电池输出电流误差值，微处理器(111)根据所述电流误差值生成一个高频正弦电压信号，所述高频正弦电压信号的频率为LC调谐滤波器(3)的谐振频率
Figure FDA0000466714100000041
幅度为该电压误差值的PI调节量；然后将所述高频正弦电压信号叠加在超级电容器储能单元工频调制波上形成第一组含高频分量的调制波，再将所述高频正弦电压信号移相
Figure FDA0000466714100000042
后叠加在蓄电池储能单元工频调制波上形成第二组含高频分量的调制波；形成的两组高频调制波与对应三角载波进行比较后分别驱动超级电容器储能单元级联变换器(6)和蓄电池储能单元级联变换器(6)的功率器件，使超级电容器储能单元和蓄电池储能单元输出电压中包含相位差为
Figure FDA0000466714100000043
的高频电压分量；通过调节所述相位差
Figure FDA0000466714100000044
来控制功率从超级电容器储能单元向蓄电池储能单元中的级联变换器(6)中的电容(63)转移功率：电容(63)以高频吸收功率Pbi，同时以工频输出功率Pbo，当Pbi=Pbo时，电容(63)端电压保持恒定，而功率Pbo提高了蓄电池储能单元的输出电流。
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