CN105244899A - 分布式发电系统中二元混合储能装置及分布式发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及分布式发电系统中二元混合储能装置及分布式发电系统，分布式发电系统中二元混合储能装置包括第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器、第二Boost电路、超级电容器组、蓄电池组和控制装置，所述第一双向DC/DC变换器与超级电容器组连接，第二双向DC/DC变换器与蓄电池组连接，所述超级电容器组与蓄电池组之间通过第二Boost电路连接，控制装置控制连接第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器和第二Boost电路。当分布电源发电量不足，不能满足负荷需求时，该转置可以充分利用发电系统输出的功率，可以对这种情况下分布式电源的波动能量进行缓冲，有利于保护蓄电池。

Description

分布式发电系统中二元混合储能装置及分布式发电系统

技术领域

本发明属于新能源发电技术领域，具体涉及分布式发电系统中二元混合储能装置及分布式发电系统。

背景技术

伴随着煤、石油等传统不可再生能源的日益枯竭，各国均在大力开发太阳能、风能、海洋能等环境友好型可再生能源，意在扩展可利用的能源形式，缓解日益增长的能源问题。

但是太阳能、风能、海洋能等可再生能源的能量具有随机性、波动性等特性，造成风、光等可再生能源发电系统的输出功率具有较大的随机性，其会严重影响电网的电能质量、调度规划及电网的稳定运行。可见，对可再生能源发电系统的输出功率进行平抑，达到并网的要求指标，是可再生能源发电系统中的关键技术之一。

由于可再生能源发电系统输出功率的随机性、波动性，需要储能系统既具有高能量密度又具有高功率密度及较长的循环寿命。但是目前的储能技术，没有集这三种特性于一身的单一储能装置，目前的技术条件下，需采用混合储能技术，超级电容器和蓄电池的搭配较为合理。超级电容器和蓄电池的效率较高，且超级电容器功率密度高、能量密度较低，而蓄电池能量密度高、功率密度较低，能够实现互补，将超级电容器、蓄电池混合储能会有很高的实际应用价值。

在中国专利CN102751790A公开了一种基于太阳能光伏系统中超级电容混合储能系统，其中，超级电容器通过双向DC/DC斩波器与蓄电池串联的混合储能系统，虽然能够实现弱光充电、对超级电器充电过程进行控制，但不能对超级电容器的放电过程进行控制；当直流母线电流大于超级电容器的最大允许充电电流时，对超级电容器进行长时间的大电流充电，对超级电容器性能会产生较大的影响。

在中国专利CN201887525U公开了一种光伏发电系统的混合储能系统，其中，斩波电路DC/DC1高压侧直接与光伏发电系统直流母线连接，低压侧连接蓄电池组，第一升压电路DC/DC2的低压侧连接电池组，高压侧连接超级电容器组，第二升压电路DC/DC3的低压侧连接超级电容器组，高压侧直接接入光伏发电系统的直流母线。这种结构虽然可以通过各个DC/DC变换电路控制蓄电池组、超级电容器组的充放电实现光伏发电系统的供电不平衡问题，但是当长期光照不足，不能满足负荷需求时，光伏发电系统输出的较小的功率虽然可以通过DC/DC1对蓄电池充电，但由于没有能量缓冲，会对对蓄电池的寿命等有一定的影响。同样当直流母线电流大于蓄电池组的最大允许充电电流时，对蓄电池组进行长时间的大电流充电，对蓄电池组的性能会产生较大的影响。

发明内容

本发明提供了分布式发电系统中二元混合储能装置及分布式发电系统，以解决现有技术中当分布电源发电量不足，不能满足负荷需求时，发电系统输出较小功率直接对蓄电池充电降低蓄电池使用寿命的问题。

为解决上述技术问题，本发明的分布式发电系统中二元混合储能转置包括：第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器、第二Boost电路、超级电容器组、蓄电池组和控制装置，所述第一双向DC/DC变换器与超级电容器组连接，第二双向DC/DC变换器与蓄电池组连接，所述超级电容器组与蓄电池组之间通过第二Boost电路连接，控制装置控制连接第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器和第二Boost电路。

所述第一双向DC/DC变换器包括第一IGBT、第一二极管、第二IGBT、第二二极管、第一电感和第一电容组成，第一IGBT的发射极与第二IGBT的集电极连接，第一二极管的正极与第一IGBT的发射极连接，第一二极管的负极与第一IGBT的集电极连接，第二二极管的正极与第二IGBT的发射极连接，第二二极管的负极与第二IGBT的集电极连接，第一电容连接在第一IGBT的集电极与第二IGBT的发射极之间，第一电感一端连接在第一IGBT与第二IGBT的串联点上，另一端与超级电容器组的正极连接，超级电容器组的负极与第二IGBT的发射极连接；所述第二双向DC/DC变换器包括第三IGBT、第三二极管、第四IGBT、第四二极管、第二电感和第二电容组成，第三IGBT的发射极与第四IGBT的集电极连接，第三二极管的正极与第三IGBT的发射极连接，第三二极管的负极与第三IGBT的集电极连接，第四二极管的正极与第四IGBT的发射极连接，第四二极管的负极与第四IGBT的集电极连接，第二电容连接在第三IGBT的集电极与第四IGBT的发射极之间，第二电感一端连接在第三IGBT与第四IGBT的串联点上，另一端与蓄电池组的正极连接，蓄电池组的负极与第四IGBT的发射极连接。

所述第二Boost电路包括第五二极管、第三电感、第五IGBT和第六二极管，第六二极管的正极与第五IGBT的发射极连接，第六二极管的负极与第五IGBT的集电极连接，第三电感一端与第五IGBT的集电极连接，另一端与超级电容器组的正极连接，第五二极管的正极与第五IGBT的集电极连接，负极与蓄电池组的正极连接，第五IGBT的发射机与蓄电池组的负极连接。

所述超级电容器组包括至少两个超级电容器小组，每个超级电容器小组之间设有用于使各超级电容器小组串联时导通的开关或开关管；每个超级电容器小组的正极与其他超级电容器小组正极之间分别设有用于使各超级电容器小组并联时导通的开关或开关管；每个超级电容器小组的负极与其他超级电容器小组负极之间分别设有用于使各超级电容器小组并联时导通的开关或开关管；所述蓄电池组包括至少两个蓄电池小组，每个蓄电池小组之间设有用于使各蓄电池小组串联时导通的开关或开关管；每个蓄电池小组的正极与其他蓄电池小组正极之间分别设有用于使各蓄电池小组并联时导通的开关或开关管；每个蓄电池小组的负极与其他蓄电池小组负极之间分别设有用于使各蓄电池小组并联时导通的开关或开关管。

所述控制装置包括超级电容器控制器和蓄电池控制器，蓄电池控制器控制连接第二Boost电路。

本发明的分布式发电系统包括：光伏阵列、风力发电机组、第一Boost电路、AC/DC整流器、直流母线和二元混合储能装置，所述光伏阵列通过第一Boost电路实现最大功率跟踪后与直流母线连接，所述风力发电机组通过AC/DC整流器整流后与直流母线连接，其特征在于，所述二元混合储能装置包括第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器、第二Boost电路、超级电容器组、蓄电池组和控制装置，所述第一双向DC/DC变换器与超级电容器组连接，第二双向DC/DC变换器与蓄电池组连接，所述超级电容器组与蓄电池组之间通过第二Boost电路连接，控制装置控制连接第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器和第二Boost电路，第一双向DC/DC变换器和第二双向DC/DC变换器分别与直流母线连接，所述控制装置通过采样器与直流母线连接。

所述超级电容器组包括至少两个超级电容器小组，每个超级电容器小组之间设有用于使各超级电容器小组串联时导通的开关或开关管；每个超级电容器小组的正极与其他超级电容器小组正极之间分别设有用于使各超级电容器小组并联时导通的开关或开关管；每个超级电容器小组的负极与其他超级电容器小组负极之间分别设有用于使各超级电容器小组并联时导通的开关或开关管；所述蓄电池组包括至少两个蓄电池小组，每个蓄电池小组之间设有用于使各蓄电池小组串联时导通的开关或开关管；每个蓄电池小组的正极与其他蓄电池小组正极之间分别设有用于使各蓄电池小组并联时导通的开关或开关管；每个蓄电池小组的负极与其他蓄电池小组负极之间分别设有用于使各蓄电池小组并联时导通的开关或开关管。

在超级电容器控制器的控制下，对超级电容器恒流充电，达到超级电容器组的额定电压时，进行恒压充电；在蓄电池控制器的控制下，对蓄电池组依次进行涓流充电、恒流充电、恒压充电和浮充充电。

根据分布式电源输出功率与负荷需求间的关系，二元混合储能系统工作在以下至少一种工作模式下：

1)当光照、风速充足且稳定，对超级电容器组和蓄电池组同时充电；

2)当出现瞬时大风速时，对超级电容器组和蓄电池组同时充电，且控制开关使各超级电容器组并联，当直流母线电流恢复正常范围内后，控制开关使各超级电容器小组串联；

3)当出现风速突然变强且持续的时间较长，若直流母线的电流大于蓄电池组允许的最大充电电流小于超级电容器组的最大充电电流时，对超级电容器组进行充电，超级电容器组充满后，对蓄电池组充电，且使各蓄电池小组并联；直流母线电流恢复到蓄电池组允许的最大充电电流以内时，使各蓄电池小组恢复到串联状态；

4)当出现风速突然变强且持续的时间较长，若直流母线电流均大于蓄电池组和超级电容器组的最大充电电流时，先对超级电容器组进行充电，超级电容器组充满后，对蓄电池组充电；超级电容组充电过程中，各超级电容器小组并联，蓄电池组充电过程中，各蓄电池小组并联；当直流母线电流恢复到超级电容器组和蓄电池组允许的最大充电电流范围内时，各超级电容器小组串联，各蓄电池小组串联；

5)当光照、风速状况不好，负荷需求稳定时，超级电容器控制器控制超级电容器组恒压放电，若不能满足负荷需求，蓄电池控制器控制蓄电池组恒压放电；

6)当负荷需求突然瞬间增加，直流母线电流大于超级电容器组的最大放电电流时，使各超级电容器小组并联，直流母线电流恢复到超级电容组允许的最大放电电流以内时，使各超级电容器小组串联；

7)当负荷需求突然增加且持续的时间较长，若直流母线电流均大于蓄电池组和超级电容器组的最大放电电流时，使各超级电容器小组并联，使各蓄电池小组并联；直流母线电流恢复到超级电容组、蓄电池组允许的最大放电电流以内时，使各超级电容器小组串联，各蓄电池小组串联；

8)当光伏、风机的发电功率低于下限值时，切断负荷，先对超级电容器组进行充电，再利用超级电容器组通过Boost电路对蓄电池组充电。

该系统还包括与直流母线连接的卸荷器。

本发明分布式发电系统中二元混合储能转置的有益效果是：该储能系统中，超级电容器组通过一个Boost电路与蓄电池组连接，在光伏、风机的发电功率非常微弱或者光伏、风机的发电功率非常微弱且持续的时间很长的情况下，采用先对超级电容器组充电，再利用超级电容器组对蓄电池组充电，一方面，可以充分利用这部分能量；另一方面，可以对这种情况下分布式电源的波动能量进行缓冲，有利于保护蓄电池。

本发明的储能系统采通过超级电容器和蓄电池控制器对超级电容器组和蓄电池组进行控制，可以很灵活适应多变的外界自然资源环境。即，当光照、风速等自然资源丰富、稳定的时段，利用超级电容器组和蓄电池控制器控制超级电容器组和蓄电池组充电，用以吸收分布式电源发出的多余的能量；当光照、风速等自然资源状况不好、负荷需求稳定时段，利用级电容器控制器、蓄电池控制器控制超级电容器组和蓄电池组放电；当光伏、风机的发电功率非常微弱或者光伏、风机的发电功率非常微弱且持续的时间很长，也同样可以利用这部分能量。

本发明的分布式发电系统采用了具有自动重构功能的超级电容器和蓄电池二元混合储能系统，可以适应自然资源的突变的特殊情况，即，当出现瞬时大风速时，为应对超级电容器组的大电流充电，需要对超级电容器组进行变结构；当出现风速突然变强且持续的时间较长，若直流母线的电流大于蓄电池组允许的最大充电电流小于超级电容器组的最大充电电流时，为应对可能的蓄电池组的大电流充电，需要对蓄电池组进行自动重构；当用电负荷突然瞬间增加、直流母线电流大于超级电容器组的最大放电电流时，此时，需要对超级电容器组进行自动重构；当用电负荷突然增加且持续的时间较长，若直流母线的电流均大于蓄电池组和超级电容器组的最大充电电流时，为应对大电流放电，此时，需要对超级电容器组和蓄电池组都进行自动重构。

在蓄电池的控制策略上，本发明的分布式发电系统，采用四阶段充电模式和恒压放电模式；在超级电容器的控制策略上，采用两阶段充电模式和恒压放电模式，可以更好地保护蓄电池和超级电容器。

附图说明

图1为本实施例分布式发电系统结构框图；

图2为本实施例蓄电池-超级电容器混合储能装置的具体结构图；

图3为本实施例超级电容器组和蓄电池组的自动重组结构图；

图4为本实施例蓄电池的四阶段充电曲线图；

1-光伏阵列，2-风力发电机组，3-第一Boost电路，4-AC/DC整流器，5-直流母线，6-采样器，7-超级电容器控制器，8-第一双向DC/DC变换器，9-超级电容器组，10-第二双向DC/DC变换器，11-蓄电池控制器，12-蓄电池组，13-第二Boost电路，14-卸荷器，15-负荷，16-分布式电源，17-混合储能装置。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细说明。

分布式发电系统中二元混合储能装置实施例

本实施例的装置包括第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器、第二Boost电路、超级电容器组、蓄电池组和控制装置，第一双向DC/DC变换器与超级电容器组连接，第二双向DC/DC变换器与蓄电池组连接，超级电容器组与蓄电池组之间通过第二Boost电路连接，控制装置控制连接第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器和第二Boost电路。

本实施例给出了一种优选的混合储能装置，如图2所示，第一双向DC/DC变换器包括第一IGBT、第一二极管、第二IGBT、第二二极管、第一电感和第一电容组成，第一IGBT的发射极与第二IGBT的集电极连接，第一二极管的正极与第一IGBT的发射极连接，第一二极管的负极与第一IGBT的集电极连接，第二二极管的正极与第二IGBT的发射极连接，第二二极管的负极与第二IGBT的集电极连接，第一电容连接在第一IGBT的集电极与第二IGBT的发射极之间，第一电感一端连接在第一IGBT与第二IGBT的串联点上，另一端与超级电容器组的正极连接，超级电容器组的负极与第二IGBT的发射极连接。

第二双向DC/DC变换器包括第三IGBT、第三二极管、第四IGBT、第四二极管、第二电感和第二电容组成，第三IGBT的发射极与第四IGBT的集电极连接，第三二极管的正极与第三IGBT的发射极连接，第三二极管的负极与第三IGBT的集电极连接，第四二极管的正极与第四IGBT的发射极连接，第四二极管的负极与第四IGBT的集电极连接，第二电容连接在第三IGBT的集电极与第四IGBT的发射极之间，第二电感一端连接在第三IGBT与第四IGBT的串联点上，另一端与蓄电池组的正极连接，蓄电池组的负极与第四IGBT的发射极连接。

第二Boost电路包括第五二极管、第三电感、第五IGBT和第六二极管，第六二极管的正极与第五IGBT的发射极连接，第六二极管的负极与第五IGBT的集电极连接，第三电感一端与第五IGBT的集电极连接，另一端与超级电容器组的正极连接，第五二极管的正极与第五IGBT的集电极连接，负极与蓄电池组的正极连接，第五IGBT的发射机与蓄电池组的负极连接。

本实施例中的超级电容器组和蓄电池组可采用如图3所示的结构，即超级电容器组包括至少两个超级电容器小组，每个超级电容器小组之间设有用于使各超级电容器小组串联时导通的开关或开关管；每个超级电容器小组的正极与其他超级电容器小组正极之间分别设有用于使各超级电容器小组并联时导通的开关或开关管；每个超级电容器小组的负极与其他超级电容器小组负极之间分别设有用于使各超级电容器小组并联时导通的开关或开关管；蓄电池组包括至少两个蓄电池小组，每个蓄电池小组之间设有用于使各蓄电池小组串联时导通的开关或开关管；每个蓄电池小组的正极与其他蓄电池小组正极之间分别设有用于使各蓄电池小组并联时导通的开关或开关管；每个蓄电池小组的负极与其他蓄电池小组负极之间分别设有用于使各蓄电池小组并联时导通的开关或开关管。

本实施例的控制装置包括超级电容器控制器和蓄电池控制器，蓄电池控制器控制连接第二Boost电路。当然作为其他实施方式，还可以采用现有技术中的其他控制方式。

分时发电系统实施例

如图1所示，本实施例的分布式发电系统包括光伏阵列、风力发电机组、第一Boost电路、AC/DC整流器、直流母线和二元混合储能装置，光伏阵列、风力发电机组作为分布式电源，以超级电容器组和蓄电池作为混合储能系统。光伏阵列通过第一Boost电路实现最大功率跟踪后与直流母线连接，风力发电机组通过AC/DC整流器整流后与直流母线连接，二元混合储能装置包括第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器、第二Boost电路、超级电容器组、蓄电池组和控制装置，第一双向DC/DC变换器与超级电容器组连接，第二双向DC/DC变换器与蓄电池组连接，超级电容器组与蓄电池组之间通过第二Boost电路连接，控制装置控制连接第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器和第二Boost电路，第一双向DC/DC变换器和第二双向DC/DC变换器分别与直流母线连接，控制装置通过采样器与直流母线连接。

本实施例中的第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器和第二Boost变换电路可采用如图2所示的结构，也可以采用现有技术中的其他DC/DC变换器。

本实施例中的超级电容器组和蓄电池组可采用如图3所示的结构，这里不再详细阐述。

本实施例中的控制装置包括超级电容器控制器和蓄电池控制器，超级电容器控制器通过采样器与直流母线连接，其输出端与第一双向DC/DC变换器和超级电容器组连接；蓄电池控制器通过采样器与直流母线连接，其输出端与第二双向DC/DC变换器和蓄电池组连接，蓄电池控制器控制连接第二Boost电路。

本实施例的分布式发电系统还包括卸荷器，用于把多余的能量消耗掉。

本实施例的混合储能系统针对不同的光伏、风机的输出功率与负荷需求间的关系，总的原则是尽量减少蓄电池的充放电次数，可以分为如下8种工作模式：

(1)当光照、风速等自然资源丰富、稳定的时段，光伏、风机发电功率较大，则对超级电容器组和蓄电池组同时充电，此时，如图2所示，第一双向DC/DC变换器1应工作于降压型斩波电路状态，即T1工作，T2截止；需要双向DC/DC变换器2应工作于升压型斩波电路状态，即T4工作，T3截止。通过超级电容器组控制器实现对超级电容器组的两阶段充电；通过控制蓄电池控制器对蓄电池组进行四阶段充电，即涓流充电、恒流充电、恒压充电和浮充充电，蓄电池的四阶段充电曲线图如图3所示。当超级电容器组、蓄电池组充电完成后，若还有多余的能量，则通过卸荷器把多余的能量消耗掉。对超级电容器采用先恒流后恒压的充电方式进行充电，用适当的电流(电流大小对超级电容器的性能几乎没有影响，只是影响其达到额定电压的时间)对超级电容器进行充电，当超级电容器组达到额定电压时，再进行恒压充电，此阶段，电流逐渐减小，直至为0A。对蓄电池的充电过程而言，首先检测蓄电池组的端电压，当端电压低于充电使能电压U_T时，控制器将提供很小的涓流I_T(约为0.01C)进行充电；当蓄电池组的电压达到充电使能电压U_T时，控制器提供一个大电流I_BUCK对蓄电池进行恒流充电，此阶段电池端电压上升很快，直到电压上升到过压充电电压U_OC时进入恒压充电阶段；在恒压充电阶段，控制器提供一个略高于蓄电池额定电压U_OC进行恒压充电，电路的充电电流将会按指数规律逐渐减小，直到电流大小等于充电终止电流I_OCT(约为0.1I_BULK)，此时，蓄电池已经充满，将进入浮充充电阶段；在浮充充电阶段，控制器提供浮充电压U_F对电池以很小的浮充电流进行充电，用来弥补电池自放电造成的容量损失。因此，通过检测蓄电池组的端电压，就可以确定电池组应该工作于哪个充电阶段，下面的蓄电池、超级电容器充放电均采用这种工作方式。

(2)当出现瞬时大风速时，直流母线电流会很大，为尽快的吸收这部分能量，为应对超级电容器组的大电流充电，需要对超级电容器组进行自动重构。如图3(a)所示，通过超级电容器控制器控制T7截止工作，T6、T8工作，把每个支路串联超级电容器组均分成超级电容器组1和超级电容器组2两部分并联的形式，每条支路都依次类推；然后，通过超级电容器控制器对自动重组后的超级电容器组进行充电。当超级电容器控制器检测到直流母线电流回到正常范围后，再通过控制超级电容器控制器控制T7工作，T6、T8截止，恢复超级电容器组1、超级电容器组2串联为一条支路的情况，其他支路依次类推，恢复重构之前的形式。

(3)当出现风速突然变强且持续的时间较长，若直流母线的电流大于蓄电池组允许的最大充电电流小于超级电容器组的最大充电电流时，为应对可能的蓄电池组的大电流充电。例如如图3(b)所示，此时需要对蓄电池组进行自动重构，通过蓄电池控制器控制T11截止，T10、T12工作，把串联蓄电池组均分成蓄电池组1和蓄电池组2两部分并联的形式，其他支路都依次类推，优先对超电容器组充电，当其充满后，若仍有多余的能量，再对蓄电池组进行充电。当蓄电池控制器检测到直流母线电流恢复到蓄电池允许的最大充电电流以内时，通过蓄电池组控制器控制电力电子器件T11工作，T10、T12截止，把蓄电池组1、蓄电池组2两部分再串联成一条支路的形式，其他支路都依次类推，恢复重构之前的形式。

(4)当出现风速突然变强且持续的时间较长，若直流母线的电流均大于蓄电池组和超级电容器组的最大充电电流时，为应对大电流充电，此时，需要对超级电容器组和蓄电池组都进行自动重构，例如如图3(a)所示，通过超级电容器控制器控制T7截止，T6、T8工作，把串联超级电容器组均分成超级电容器组1和超级电容器组2两部分并联的形式，其他支路都依次类推；如图3(b)所示，通过蓄电池控制器控制T11截止，T10、T12工作，把串联蓄电池组均分成蓄电池组1和蓄电池组2两部分并联的形式，其他支路都依次类推。优先对超电容器组充电，当其充满后，若仍有多余的能量，再对蓄电池组进行充电。当超级电容器控制器、蓄电池控制器检测到直流母线电流恢复到超级电容器组和蓄电池组允许的最大充电电流范围内时，再通过超级电容器控制器控制T7工作，T6、T8截止，把并联的超级电容器组1、超级电容器组2两部分再串联成一条支路的形式，其他支路都依次类推；通过蓄电池控制器控制T11工作，T10、T12截止，蓄电池组1、蓄电池组2两部分再串联成一条支路的形式，其他支路都依次类推，恢复重构之前的形式。

(5)当光照、风速等自然资源状况不好的时段、负荷需求稳定时，则超级电容器组优先放电，此时，双向DC/DC变换器1应工作于升压型斩波电路状态，即T2工作，T1截止。通过超级电容器控制器控制超级电容器组恒压放电，如果超级电容器组完全放电仍然无法满足负荷需求，此时，需要双向DC/DC变换器2应工作于升压型斩波电路状态，即T4工作，T3截止，则需要蓄电池组控制器控制蓄电池组进行恒压放电，以保证负载需求的同时维持直流母线电压的稳定。

(6)当用电负荷突然瞬间增加、直流母线电流大于超级电容器组的最大放电电流时，此时，需要对超级电容器组进行自动重构，例如如图3(a)所示，通过超级电容器组控制器控制T7截止工作，T6、T8工作，把每个支路串联超级电容器组均分成超级电容器组1和超级电容器组2两部分并联的形式，其他支路都依次类推；以便用来进行大电流放电，用于满足瞬时用电负荷增加的情况。当超级电容器控制器检测到直流母线电流恢复到超级电容器允许的充电电流范围内时，再通过超级电容器控制器控制T7工作，T6、T8截止，把并联的超级电容器组1、超级电容器组2两部分再串联成一条支路的形式，其他支路都依次类推，恢复重构之前的形式。

(7)当用电负荷突然增加且持续的时间较长，若直流母线的电流均大于蓄电池组和超级电容器组的最大放电电流时，为应对大电流放电，此时，需要对超级电容器组和蓄电池组都进行自动重构，例如如图3(a)所示，通过超级电容器组控制器控制T7截止工作，T6、T8工作，把每个支路串联超级电容器组均分成超级电容器组1和超级电容器组2两部分并联的形式，每条支路都依次类推；如图3(b)所示，通过蓄电池组控制器控制T11截止工作，T10、T12工作，把串联蓄电池组均分成蓄电池组1和蓄电池组2两部分并联的形式，其他支路都依次类推。优先利用超级电容器控制器控制超电容器组放电，当超级电容器组放电至其下限值时，再通过蓄电池控制器蓄电池组进行放电。以满足较长的大电流负荷需求。当超级电容器控制器、蓄电池控制器检测到直流母线电流恢复到超级电容器组和蓄电池组允许的最大放电电流范围内时，再通过超级电容器控制器控制T7工作，T6、T8截止，把并联的超级电容器组1、超级电容器组2两部分再串联成一条支路的形式，其他支路都依次类推；通过蓄电池控制器控制T11工作，T10、T12截止，蓄电池组1、蓄电池组2两部分再串联成一条支路的形式，其他支路都依次类推，恢复重构之前的形式。

(8)当光伏阵列、风机的发电功率非常微弱(例如清晨、傍晚且几乎无风)或者光伏阵列、风机的发电功率非常微弱且持续的时间很长(例如连续阴雨天且风微弱的日子)蓄电池组和超级电容器组都处于放空状态时，这时就需要切断负荷。为充分利用这部分能量，此时双向DC/DC变换器2不工作，双向DC/DC变换器1工作在降压型斩波电路状态，即T1工作，T2截止。首先通过超级电容器组控制器对超级电容器组进行两阶段充电，之后再通过利用超级电容器组通过Boost电路2对蓄电池组进行四阶段充电。此种情况下，由于蓄电池组通过双向DC/DC变换器2与直流母线连接，光伏、风机的发电功率非常微弱且持续的时间很长，也可以直接对蓄电池组进行充电。但是由于此种情况下分布式电源的输出功率较为不稳定，若采用本实施例的结构和控制策略，即先对超级电容器组进行充电，之后再通过Boost电路2对蓄电池组进行充电，可以对波动的分布式电源的输出功率进行缓冲，起到保护蓄电池的作用。

本实施例的光伏阵列由常规的单体光伏板串、并联的方式组合得到的，可以为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池等。

本实施例的风力发电机可以采用水平轴风力机、垂直轴风力机等。

本实施例的发电机采用双馈型异步发电机。

本实施例的转子侧变流器和电网侧变流器采用由功率电力电子器件，例如GTO、MOSFET、IGBT等构成的三相桥式电路。

本实施例的第一Boost电路、第二Boost电路、AC/DC整流电路、第一双向DC/DC变换电路和第二双向DC/DC变换电路中的电力电子器件可以采用GTO、IGBT、MOSFET等可控功率器件。

本实施例的超级电容器可以采用双电层电容器、法拉第电容器等，超级电容器组由单体超级电容器串并联组合而成。

本实施例的蓄电池可以采用铅酸蓄电池、锂离子电池、钒液流电池等，蓄电池组采用单体蓄电池串并联组合而成。

本实施例的蓄电池控制器和超级电容器控制器是由比较器、限幅器和PI控制器等组成。

光伏阵列和风力发电系统分别利用太阳能、风能发电，分别通过Boost升压电路和AC/DC整流后并入直流微网，根据发电量与负荷需求的关系，通过蓄电池控制器和超级电容器控制器控制蓄电池—超级电容器混合储能装置吸收或者释放能量；比较直流母线电流与蓄电池组、超级电容器组的最大允许限制情况，通过蓄电池控制器和超级电容器控制器控制蓄电池—超级电容器混合储能装置是否需要进行结构的重组，以应对特殊情况的发生，用以补偿供需间的能量不平衡。

Claims (10)

1.分布式发电系统中二元混合储能装置，其特征在于，该装置包括第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器、第二Boost电路、超级电容器组、蓄电池组和控制装置，所述第一双向DC/DC变换器与超级电容器组连接，第二双向DC/DC变换器与蓄电池组连接，所述超级电容器组与蓄电池组之间通过第二Boost电路连接，控制装置控制连接第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器和第二Boost电路。

2.根据权利要求1所述分布式发电系统中二元混合储能装置，其特征在于，所述第一双向DC/DC变换器包括第一IGBT、第一二极管、第二IGBT、第二二极管、第一电感和第一电容；所述第一IGBT的发射极与第二IGBT的集电极连接；所述第一二极管的正极与第一IGBT的发射极连接，所述第一二极管的负极与第一IGBT的集电极连接；所述第二二极管的正极与第二IGBT的发射极连接，所述第二二极管的负极与第二IGBT的集电极连接；所述第一电容连接在第一IGBT的集电极与第二IGBT的发射极之间；所述第一电感一端连接在第一IGBT与第二IGBT的串联点上，另一端与超级电容器组的正极连接；所述超级电容器组的负极与第二IGBT的发射极连接；所述第二双向DC/DC变换器包括第三IGBT、第三二极管、第四IGBT、第四二极管、第二电感和第二电容；所述第三IGBT的发射极与第四IGBT的集电极连接；所述第三二极管的正极与第三IGBT的发射极连接，所述第三二极管的负极与第三IGBT的集电极连接；所述第四二极管的正极与第四IGBT的发射极连接，所述第四二极管的负极与第四IGBT的集电极连接；所述第二电容连接在第三IGBT的集电极与第四IGBT的发射极之间；所述第二电感一端连接在第三IGBT与第四IGBT的串联点上，另一端与蓄电池组的正极连接；蓄电池组的负极与第四IGBT的发射极连接。

3.根据权利要求2所述分布式发电系统中二元混合储能装置，其特征在于，所述第二Boost电路包括第五二极管、第三电感、第五IGBT和第六二极管；所述第六二极管的正极与第五IGBT的发射极连接，所述第六二极管的负极与第五IGBT的集电极连接；所述第三电感一端与第五IGBT的集电极连接，另一端与超级电容器组的正极连接；所述第五二极管的正极与第五IGBT的集电极连接，第五二极管的负极与蓄电池组的正极连接；所述第五IGBT的发射机与蓄电池组的负极连接。

4.根据权利要求1所述分布式发电系统中二元混合储能装置，其特征在于，所述超级电容器组包括至少两个超级电容器小组，每个超级电容器小组之间设有用于使各超级电容器小组串联时导通的开关或开关管；每个超级电容器小组的正极与其他超级电容器小组正极之间分别设有用于使各超级电容器小组并联时导通的开关或开关管；每个超级电容器小组的负极与其他超级电容器小组负极之间分别设有用于使各超级电容器小组并联时导通的开关或开关管；所述蓄电池组包括至少两个蓄电池小组，每个蓄电池小组之间设有用于使各蓄电池小组串联时导通的开关或开关管；每个蓄电池小组的正极与其他蓄电池小组正极之间分别设有用于使各蓄电池小组并联时导通的开关或开关管；每个蓄电池小组的负极与其他蓄电池小组负极之间分别设有用于使各蓄电池小组并联时导通的开关或开关管。

5.根据权利要求1-4任一所述分布式发电系统中二元混合储能装置，其特征在于，所述控制装置包括超级电容器控制器和蓄电池控制器，蓄电池控制器控制连接第二Boost电路。

6.分布式发电系统，包括光伏阵列、风力发电机组、第一Boost电路、AC/DC整流器、直流母线和二元混合储能装置，所述光伏阵列通过第一Boost电路实现最大功率跟踪后与直流母线连接，所述风力发电机组通过AC/DC整流器整流后与直流母线连接，其特征在于，所述二元混合储能装置包括第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器、第二Boost电路、超级电容器组、蓄电池组和控制装置，所述第一双向DC/DC变换器与超级电容器组连接，第二双向DC/DC变换器与蓄电池组连接，所述超级电容器组与蓄电池组之间通过第二Boost电路连接，控制装置控制连接第一双向DC/DC变换器、第二双向DC/DC变换器和第二Boost电路，第一双向DC/DC变换器和第二双向DC/DC变换器分别与直流母线连接，所述控制装置通过采样器与直流母线连接。

7.根据权利要求6所述分布式发电系统，其特征在于，所述超级电容器组包括至少两个超级电容器小组，每个超级电容器小组之间设有用于使各超级电容器小组串联时导通的开关或开关管；每个超级电容器小组的正极与其他超级电容器小组正极之间分别设有用于使各超级电容器小组并联时导通的开关或开关管；每个超级电容器小组的负极与其他超级电容器小组负极之间分别设有用于使各超级电容器小组并联时导通的开关或开关管；所述蓄电池组包括至少两个蓄电池小组，每个蓄电池小组之间设有用于使各蓄电池小组串联时导通的开关或开关管；每个蓄电池小组的正极与其他蓄电池小组正极之间分别设有用于使各蓄电池小组并联时导通的开关或开关管；每个蓄电池小组的负极与其他蓄电池小组负极之间分别设有用于使各蓄电池小组并联时导通的开关或开关管。

8.根据权利要求7所述分布式发电系统，其特征在于，在超级电容器控制器的控制下，对超级电容器恒流充电，达到超级电容器组的额定电压时，进行恒压充电；在蓄电池控制器的控制下，对蓄电池组依次进行涓流充电、恒流充电、恒压充电和浮充充电。

9.根据权利要求8所述分布式发电系统，其特征在于，根据分布式电源输出功率与负荷需求间的关系，二元混合储能装置工作在以下至少一种工作模式下：

1)当光照、风速充足且稳定，对超级电容器组和蓄电池组同时充电；

2)当出现瞬时大风速时，对超级电容器组和蓄电池组同时充电，且控制开关使各超级电容器组并联，当直流母线电流恢复正常范围内后，控制开关使各超级电容器小组串联；

3)当出现风速突然变强且持续的时间较长，若直流母线的电流大于蓄电池组允许的最大充电电流小于超级电容器组的最大充电电流时，对超级电容器组进行充电，超级电容器组充满后，对蓄电池组充电，且使各蓄电池小组并联；直流母线电流恢复到蓄电池组允许的最大充电电流以内时，使各蓄电池小组恢复到串联状态；

4)当出现风速突然变强且持续的时间较长，若直流母线电流均大于蓄电池组和超级电容器组的最大充电电流时，先对超级电容器组进行充电，超级电容器组充满后，对蓄电池组充电；超级电容组充电过程中，各超级电容器小组并联，蓄电池组充电过程中，各蓄电池小组并联；当直流母线电流恢复到超级电容器组和蓄电池组允许的最大充电电流范围内时，各超级电容器小组串联，各蓄电池小组串联；

5)当光照、风速状况不好，负荷需求稳定时，超级电容器控制器控制超级电容器组恒压放电，若不能满足负荷需求，蓄电池控制器控制蓄电池组恒压放电；

6)当负荷需求突然瞬间增加，直流母线电流大于超级电容器组的最大放电电流时，使各超级电容器小组并联，直流母线电流恢复到超级电容组允许的最大放电电流以内时，使各超级电容器小组串联；

7)当负荷需求突然增加且持续的时间较长，若直流母线电流均大于蓄电池组和超级电容器组的最大放电电流时，使各超级电容器小组并联，使各蓄电池小组并联；直流母线电流恢复到超级电容组、蓄电池组允许的最大放电电流以内时，使各超级电容器小组串联，各蓄电池小组串联；

8)当光伏、风机的发电功率低于下限值时，切断负荷，先对超级电容器组进行充电，再利用超级电容器组通过Boost电路对蓄电池组充电。

10.根据权利要求6-9任一所述分布式发电系统，其特征在于，该系统还包括与直流母线连接的卸荷器。