CN112531864B - 混合能量存储系统及发电机逆变器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合能量存储系统及发电机逆变器系统。混合能量存储系统包括超级电容；蓄电池，用于输出直流电源，以提供负载所需的平均功率；DC‑DC变换器，DC‑DC变换器包括第一电容，第一电容与超级电容彼此串联以形成电容组，电容组用于与所述发电机逆变器系统的电压母线连接；DC‑DC变换器用于在主控单元的控制下，将蓄电池输出的直流电源进行相应的电压变换后，输出至第一电容，以使电容组提供负载所需的峰值功率。本发明混合能量存储系统可以解决现有技术中混合能量存储系统中超级电容的工作电压范围狭窄，蓄电池利用率低，且混合能量存储系统的容量过大还会造成系统成本过高的问题。

Description

混合能量存储系统及发电机逆变器系统
技术领域
本发明涉及逆变器系统技术领域，特别涉及一种混合能量存储系统及发电机逆变器系统。
背景技术
目前，汽车和船舶普遍采用柴油异步/同步发电机作为动力源，并通过逆变器系统为车载或船用的用电设备进行供电。但随着设备数量和设备精密度的不断提高，对于电源容量和电源质量提出了更高的要求，现有技术通过将基于DC-DC变换器的混合能量存储系统接于逆变器系统的电压母线上，以实现能量的存储和充分利用，从而满足船/车载设备的需求。
但是，现有基于蓄电池和超级电容的混合能量存储系统中，超级电容通过单一的变换器为负荷提供全部的冲击功率，变换器容量对应为负载全部峰值功率的容量，使得系统中超级电容的工作电压范围狭窄，蓄电池利用率低，且混合能量存储系统的容量过大还会造成系统成本过高。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种混合能量存储系统，旨在解决现有技术中混合能量存储系统中超级电容的工作电压范围狭窄，蓄电池利用率低，且混合能量存储系统的容量过大还会造成系统成本过高的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种混合能量存储系统，该混合能量存储系统包括：
超级电容；
蓄电池，用于输出直流电源，以为发电机逆变器系统所驱动的负载提供所需的平均功率；以及
DC-DC变换器，所述DC-DC变换器包括第一电容，所述第一电容为所述DC-DC变换器的输出电容；所述第一电容与所述超级电容彼此串联以形成电容组，所述电容组用于与所述发电机逆变器系统的电压母线连接；所述DC-DC变换器用于在所述主控单元的控制下，将所述蓄电池输出的直流电源进行相应电压变换后，输出至所述第一电容，以使所述电容组提供所述负载所需的峰值功率。
可选地，所述DC-DC变换器包括：
补偿变换器，所述补偿变换器的第一输入端和第二输入端分别与所述蓄电池的正极和负极一一对应连接，所述补偿变换器的第一输出端和第二输出端分别与所述第一电容的两端连接，所述补偿变换器用于在所述主控单元的控制下，将所述蓄电池输出的直流电压进行相应的电压变换后输出至所述第一电容，以补偿所述超级电容下降的电压并控制所述电容组为所述负载提供的功率处于稳定值。
可选地，所述补偿变换器还包括：第一电感、第一开关器件、第二电容、变压器及第一二极管；所述第一电感的一端为所述补偿变换器的第一输入端，所述第一电感的另一端与所述第一开关器件的输入端连接；所述第一开关器件的输出端为所述补偿变换器的第二输入端，所述第一开关器件的受控端与所述主控单元连接；所述第二电容的一端与所述第一开关器件的输出端连接，所述第二电容的另一端与所述变压器原边线圈的第一端连接；所述第一开关器件的输出端与所述变压器原边线圈的第二端连接；所述变压器副边线圈的第一端经所述第一二极管与所述第一电容的一端连接，所述变压器副边线圈的第二端与所述第一电容的另一端连接；其中，所述变压器原边线圈的第一端和所述副边线圈的第一端为同名端。
可选地，所混合能量存储系统还包括：
双级双向变换器，所述双级双向变换器用于分别与所述蓄电池及所述发电机逆变器系统的电压母线连接；所述双级双向变换器用于在所述主控单元的控制下，使所述蓄电池为所述负载提供额定功率，以及为所述超级电容进行充电；
双向变换器，所述双向变换器与所述超级电容连接，所述双向变换器用于在所述主控单元的控制下，使所述超级电容为所述负载提供差值瞬时功率，以及为所述超级电容进行充电；其中，所述差值瞬时功率为所述负载所需功率与所述蓄电池提供的功率之差。
可选地，所述双级双向变换器包括：第二电感、第三电感、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件及第三电容；
所述第二电感的一端用于与所述蓄电池的正极连接，所述第二电感的另一端与所述第三开关器件的输入端连接；所述第三开关器件的输出端用于与所述蓄电池的负极连接；所述第三开关器件的输入端与所述第二开关器件的输出端连接，所述第二开关器件的输入端与所述第三电容的一端连接；所述第三电容的另一端与所述第三开关器件的输出端连接；所述第四开关器件与所述第五开关器件彼此串联连接后用于与所述发电机逆变器系统的电压母线并联连接；所述第三电感的一端与所述第二开关器件的输出端连接，所述第三电感的另一端与所述第四开关器件和所述第五开关器件的公共端连接；其中，所述第二开关器件、所述第三开关器件、所述第四开关器件及所述第五开关器件的受控端均与所述主控单元连接。
可选地，所述双级双向变换器包括：第六开关器件、第七开关器件及第四电感；
所述第六开关器件和所述第七开关器件彼此串联连接后用于与所述发电机逆变器系统的电压母线并联连接，所述第六开关器件和所述第七开关的受控端均与所述主控单元连接；所述第四电感的一端与所述第六开关器件和所述第七开关器件的公共端连接，所述第四电感的另一端与所述超级电容连接，所述第七开关器件的输出端与所述超级电容的另一端连接。
本发明还提供一种发电机逆变器系统，所述发电机逆变器系统包括：
发电机组，用于输出电能；
如上所述的混合能量存储系统；
逆变器，所述逆变器用于将所述发电机组和所述混合能量存储系统输出的电能分别进行相应的电压变换后，经电压母线输出至所述发电机逆变器系统所驱动的负载；以及
采样单元，所述采样单元用于对所述负载、所述发电机组和所述混合能量存储系统及所述逆变器进行采样，并输出相应的采样信号；
主控单元，所述主控单元分别与所述发电机组、所述混合能量存储系统所述逆变器及所述采样单元连接。
可选地，所述逆变器包括：
机侧变换单元，所述机侧变换单元用于在主控单元的控制下将所述发电机组输出的电能进行相应的电压变换，以将其转换为母线电压后输出；
网侧变换单元，所述网侧变换单元用于将所述母线电压输出的电能经相应的电压变换后输出至所述发电机逆变器系统所驱动的负载，以驱动所述负载工作；
所述主控单元还用于在确定所述发电机组故障时，控制所述网侧变换单元将所述负载的电能进行电压变换后经电压母线输出至所述机侧变换单元；
所述机侧变换单元还用于将所述网侧变换单元输出的电能进行相应的电压变换后输出至所述发电机组，以驱动发电机组运行；
或者，所述主控单元还用于在确定所述发电机组故障时，驱动所述混合能量存储系统经所述网侧变换单元和所述电压母线以为所述负载提供电能。
可选地，所述网侧变换单元包括第八开关器件和第九开关器件，所述第八开关器件和所述第九开关器件彼此串联以构成第四桥臂；所述第四桥臂连接于正电压母线和负电压母线之间，以用于在所述主控单元的控制下维持所述网侧变换单元的中点电位平衡。
可选地，所述网侧变换单元还包括第五电容、第六电容、第五电感、三电平变换器及LC滤波电路；所述第五电容和所述第六电容彼此串联后与所述第四桥臂并联连接；所述第五电感的一端与所述第八开关器件和第九开关器件的公共端连接，其另一端与所述第五电容和所述第六电容的公共端连接；所述三电平变换器与所述LC滤波电路串联连接，并设置于所述第五电容和所述第六电容的公共端与所述负载之间。
本发明混合能量存储系统通过设置超级电容、蓄电池及DC-DC变换器，并通过DC-DC变换器将蓄电池输出的直流电源进行相应的电压变换后，输出至DC-DC变换器中的第一电容，并将第一电容与超级电容串联连接后再与发电机逆变器系统所驱动的负载串联连接，以使蓄电池提供负载所需的平均功率，而第一电容与超级电容串联形成的电容组提供负载所需的峰值功率。本发明混合能量存储系统由超级电容辅助蓄电池共同提供负载所需的峰值功率，变换器的额定容量对应为其中蓄电池所提供功率的容量，远远小于负载全部峰值功率的容量，从而降低了混合能量存储系统中变换器的额定容量和系统成本，且使超级电容可工作在更广的电压范围，在提高了蓄电池的利用率的同时还使蓄电池避免了提供冲击功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明混合能量存储系统一实施例的电路结构示意图；
图2为图1中补偿变换器一实施例的电路结构示意图；
图3为本发明混合能量存储系统一实施例的电路结构示意图；
图4为本发明混合能量存储系统一实施例为负载提供峰值功率时的波形分析示意图；
图5为本发明混合能量存储系统一实施例中六种工作模式的切换流程示意图；
图6为本发明混合能量存储系统一实施例处于模式一中的有效区域示意图；
图7为图6中模式一的控制流程示意图；
图8为本发明混合能量存储系统一实施例处于模式二中的有效区域示意图；
图9为图8中模式二的控制流程示意图；
图10为本发明混合能量存储系统一实施例处于模式三中的有效区域示意图；
图11为图10中模式三的控制流程示意图；
图12为本发明混合能量存储系统一实施例处于模式五中的有效区域示意图；
图13为图12中模式五的控制流程示意图；
图14为本发明混合能量存储系统一实施例处于模式六中的有效区域示意图；
图15为本发明发电机逆变器系统一实施例的功能模块示意图；
图16为本发明发电机逆变器系统一实施例的母线闭环稳压控制示意图；
图17为本发明发电机逆变器系统一实施例的电路结构示意图；
图18为本发明发电机逆变器系统另一实施例的电路结构示意图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种混合能量存储系统，应用于发电机逆变器系统中。
发电机逆变器系统中可包括有用于输出电能的发电机组40、用于将获得的电能进行电压变换后驱动负载的逆变器50，以及用于对发电机逆变器系统进行整体调控的主控单元70。本发明混合能量存储系统可连接于上述逆变器50中的电压母线上，从而实现通过电压母线为负载提供功率。需要注意的是，本实施例中所述的“发电机逆变器系统所驱动的负载”为负载侧，并非指代具体用电装置，其类型还可以为船网或者电网。本实施例以负载电压为Vo，负载电流为Io为例进行说明。
参照图1至图18，在本发明一实施例中，所述混合能量存储系统包括：
超级电容Csc；
蓄电池Batt，用于输出直流电源，以为发电机逆变器系统所驱动的负载提供所需的平均功率；
DC-DC变换器10，所述DC-DC变换器10包括第一电容C1，所述第一电容C1为所述DC-DC变换器10的输出电容；所述第一电容C1与所述超级电容Csc彼此串联以形成电容组，所述电容组用于与所述发电机逆变器系统的电压母线接；所述DC-DC变换器10用于在所述主控单元70的控制下，将所述蓄电池Batt输出的直流电源进行相应电压变换后，输出至所述第一电容C1，以使所述电容组提供所述负载所需的峰值功率。
本实施例中，超级电容Csc为一种介于普通电容器和蓄电池Batt之间的电化学储能器件，用于在充电/放电时，输出与充/放电电流呈线性关系的充/放电电压。
蓄电池Batt可以为大容量蓄电池Batt或者多个蓄电池Batt构建组成的蓄电池组，其类型可以为铅酸蓄电池或碱性蓄电池。
DC-DC变换器10可以采用多个开关器件、电容元件、电感元件及变压器T等分立的电子元件构建实现。DC-DC变换器10中开关器件的受控端可与发电机逆变器系统中主控单元70连接，主控单元70可通过控制DC-DC变换器10中的相应的开关器件的开启/关闭，来改变DC-DC变换器10中多个电子元件彼此之间的连接关系，以使得多个电子元件可在特定的控制阶段形成特定功能的拓扑结构，从而使得DC-DC变换器10可执行对应的功能。在发电机逆变器系统中，主控单元70还可与采样单元60连接，以通过实时检测负载电流、负载电压及超级电容Csc电压来分别判断负载的工作状态和超级电容Csc的能量存储状态，并根据负载的工作状态和超级电容Csc的能量存储状态使得DC-DC变换器10处于相应的状态中，从而控制蓄电池Batt和超级电容Csc经电压母线分别为负载提供所需的功率。在负载处于正常平稳的工作状态时，主控单元70可控制DC-DC变换器10使得蓄电池Batt工作在恒流控制模式，为负载提供平均或者缓慢变换的功率，而此时超级电容Csc不工作；而在检测到负载处于重载时，需要短时间内提供额外的冲击功率(平均功率+冲击功率＝峰值功率)时，主控单元70可控制DC-DC变换器10使得超级电容Csc工作，且使得DC-DC变换器10增大蓄电池Batt的输出功率，以使两者共同提供负载所需的峰值功率。
需要注意的是，在提供峰值功率时，由超级电容Csc提供冲击功率，与蓄电池Batt无关，避免了蓄电池Batt输出瞬态大电流对蓄电池Batt本身造成的损害，有利于提高了蓄电池Batt的使用寿命。而DC-DC变换器10的额定容量只需对应蓄电池Batt所输出的功率，远远小于全部峰值功率所对应的容量，有利于降低系统成本，且DC-DC变换器10可在主控单元70的控制下使得蓄电池Batt和超级电容Csc的输出电压都可工作在升压/降压的状态下，在扩大了超级电容Csc的工作电压范围的同时也提高了蓄电池Batt的利用率，因此系统的整体损耗也更低。
本发明混合能量存储系统通过设置超级电容Csc、蓄电池Batt及DC-DC变换器10，并通过DC-DC变换器10将蓄电池Batt输出的直流电源进行相应的电压变换后，输出至DC-DC变换器10中的第一电容C1，并将第一电容C1与超级电容Csc串联连接后再与发电机逆变器系统所驱动的负载串联连接，以使蓄电池Batt提供负载所需的平均功率，而第一电容C1与超级电容Csc串联形成的电容组提供负载所需的峰值功率。本发明混合能量存储系统由超级电容Csc辅助蓄电池Batt共同提供负载所需的峰值功率，变换器的额定容量对应为其中蓄电池Batt所提供功率的容量，远远小于负载全部峰值功率的容量，从而降低了混合能量存储系统中变换器的额定容量和系统成本，且使超级电容Csc可工作在更广的电压范围，在提高了蓄电池Batt的利用率的同时还使蓄电池Batt避免了提供冲击功率。
参照图1至图18，在本发明一实施例中，所述DC-DC变换器10包括：
补偿变换器11，所述补偿变换器11的第一输入端和第二输入端分别与所述蓄电池Batt的正极和负极一一对应连接，所述补偿变换器11的第一输出端和第二输出端分别与所述第一电容C1的两端连接，所述补偿变换器11用于在所述主控单元70的控制下，将所述蓄电池Batt输出的直流电压进行相应的电压变换后输出至所述第一电容C1，以补偿所述超级电容Csc下降的电压并控制所述电容组为所述负载提供的功率处于稳定值。
本实施例中，假设在大冲击电流Isurge出现之前，超级电容Csc(超级电容Csc的电压表示为Vsc)已经充电到负载电压Vo，而当超级电容Csc提供电能时，其端电压会持续下降，所以需要对该压降进行补偿。由图1和图4可知，第一电容C1两端的电压可表示为(Vo-Vsc)，因此，补偿变换器11额定容量等于Isurge×(Vo-Vscmin)，(Vscmin为超级电容Csc长期工作允许的最低电压)，而超级电容所能提供的能量可由该公式计算得到(此处Csc为超级电容的电容值，Vscmax为超级电容Csc长期工作允许的最高电压值)。补偿变换器11用于将蓄电池Batt输出的直流电源进行实时电压变换后输出至第一电容C1，以维持负载电压等于Vo，从而代替传统主动式混合能量存储系统(HESS)中变换器过高的额定容量(即：Isurge×Vo)。
需要注意的是，为了避免蓄电池Batt承受冲击功率，从而被抽取瞬态大电流，需要确保超级电容Csc事先充电到Vo，这样当冲击功率出现时，补偿的电压降从0缓慢的上升，同时超级电容Csc电压缓慢下降。可根据下述公式Vcomp＝Vo-VSC和(VBatt为蓄电池Batt电压)计算出蓄电池Batt的电流，以推断蓄电池电流Ibatt缓慢上升的程度，以避免冲击功率抽取瞬态大电流。
参照图1至图18，在本发明一实施例中，所述补偿变换器11还包括：第一电感L1、第一开关器件S1、第二电容C2、变压器T及第一二极管D1；所述第一电感L1的一端为所述补偿变换器11的第一输入端，所述第一电感L1的另一端与所述第一开关器件S1的输入端连接；所述第一开关器件S1的输出端为所述补偿变换器11的第二输入端，所述第一开关器件S1的受控端与所述主控单元70连接；所述第二电容C2的一端与所述第一开关器件S1的输出端连接，所述第二电容C2的另一端与所述变压器T原边线圈的第一端连接；所述第一开关器件S1的输出端与所述变压器T原边线圈的第二端连接；所述变压器T副边线圈的第一端经所述第一二极管D1与所述第一电容C1的一端连接，所述变压器T副边线圈的第二端与所述第一电容C1的另一端连接；其中，所述变压器T原边线圈的第一端和所述副边线圈的第一端为同名端。
本实施例中，第一电感L1、第一开关器件S1、第二电容C2、变压器T及第一二极管D1构建的补偿变换器11为隔离型单端初级电感式变换器，其输入电压和输出电压可由如下公式计算得到其中，N2/N1为变压器T原、副边线圈的匝数比，D为第一开关器件S1占空比。第一电容C1也为该补偿变换器11的输出电容；第一开关器件S1用于在主控单元70的控制下开启/关闭，以将蓄电池Batt稳定输出的直流电流变为脉冲直流，从而驱动变压器T工作；变压器T用于将变压之后的电压输出至第一电容C1，以保证第一电容C1可被实时充电到(Vo-Vsc)的电压值。第一电容C1还用于吸收变压器T副边线圈的纹波电流，以维持纹波电压(而非能量存储)。第一电容C1的电容值是由纹波电流以及允许的开关频率纹波电压决定的。例如：第一电容C1的最小电容值可由以下公式计算得到：/>其中，Io是负载电流，fsw是开关频率，ΔVO是最大允许的开关频率纹波电压峰峰值(一般为额定电压的2％)。在另一可选实施例中，第一开关器件S1为IGBT。
可以理解的是，本实施例中补偿变换器11的额定功率可表示为：PConvC＝(Vo-VSCmin)*ISurge；而在传统的主动式混合能量存储系统中，超级电容Csc与母线对应的变换器额定功率可以表示为：对比可以看到，变换器额定功率从(Vo×Isurge)下降到(Vo-Vscmin)×Isurge，且补偿变换器11通过的功率与Vsc的大小成正比。当超级电容Csc的电压值下降到Vscmin时，补偿变换器11功率才等于额定容量，而在传统的主动混合能量存储系统中变换器的输出功率一直为(Vo×Isurge)。如此设置，可使补偿变压器T既可提供大于输入电压的补偿电压，也可提供小于输入电压的补偿电压，且将蓄电池Batt与变换器的输出端进行电气隔离(由于变换器的输出端与蓄电池Batt输入不是同一个地)，还能接入蓄电池Batt输出的连续电流。
参照图1至图18，在本发明一实施例中，所述混合能量存储系统还包括：
双级双向变换器20，所述双级双向变换器20用于分别与所述蓄电池Batt及所述发电机逆变器系统的电压母线连接；所述双级双向变换器20用于在所述主控单元70的控制下，使所述蓄电池Batt为所述负载提供额定功率，以及为所述超级电容Csc进行充电；
双向变换器30，所述双向变换器30与所述超级电容Csc连接，所述双向变换器30用于在所述主控单元70的控制下，使所述超级电容Csc为所述负载提供差值瞬时功率，以及为所述超级电容Csc进行充电；其中，所述差值瞬时功率为所述负载所需功率与所述蓄电池Batt提供的功率差值。
本实施例中，双级双向变换器20为蓄电池Batt与电压母线之间的接口电路。当超级电容Csc可以调节负载电压时，双级双向变换器20工作在恒流模式；当超级电容Csc无法调节负载电压时，双级双向变换器20工作在恒压模式。假设最大的超级电容Csc充电电流是Ichmax，则超级电容Csc最大的充电功率等于：而该变换器的额定容量可由以下公式计算得到：PConvA＝Vo×Ioavg+VSCmax×IChmax(负载的额定功率加上为超级电容Csc充电的能量)，其中，Ioavg为负载电流的平均值。在实际应用中，在冲击功率较少的情况下，/>可近似等于平均负载功率的10％；如果冲击负荷较多的情况下，/>的取值可以大一些；一般来说，冲击功率出现的次数相对比较少，其数值小一些是可以接受的。且在一可选实施例中，逆变器50的母线电压控制在680V，采用双级双向变换器20完全可使12V的蓄电池Batt电压经两级升压变换后满足要求。如此设置，可减小蓄电池Batt的额定电压以及系统的体积。
双向变换器30为超级电容Csc和母线的接口电路。当超级电容Csc两端的电压大于Vscmin，且小于Vscmax时，其工作在恒压模式。双向变换器30用于提供负载所需功率(此时为峰值功率)与蓄电池Batt通过双级双向变换器20所能提供的平均功率的差值瞬时功率。在负载处于制动回馈状态下时，双向变换器30工作于降压状态下，可将负载经电压母线回馈的电能进行降压变化后给超级电容Csc充电。因此，双向变换器30的额定功率可以表示为：(同时，双向变换器30的额定功率也为超级电容Csc的最大充电功率)。
参照图1至图18，在本发明一实施例中，所述双级双向变换器20包括：第二电感L2、第三电感L3、第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4、第五开关器件S5及第三电容C3；
所述第二电感L2的一端用于与所述蓄电池Batt的正极连接，所述第二电感L2的另一端与所述第三开关器件S3的输入端连接；所述第三开关器件S3的输出端用于与所述蓄电池Batt的负极连接；所述第三开关器件S3的输入端与所述第二开关器件S2的输出端连接，所述第二开关器件S2的输入端与所述第三电容C3的一端连接；所述第三电容C3的另一端与所述第三开关器件S3的输出端连接；所述第四开关器件S4与所述第五开关器件S5彼此串联连接后用于与所述发电机逆变器系统的电压母线并联连接；所述第三电感L3的一端与所述第二开关器件S2的输出端连接，所述第三电感L3的另一端与所述第四开关器件S4和所述第五开关器件S5的公共端连接；其中，所述第二开关器件S2、所述第三开关器件S3、所述第四开关器件S4及所述第五开关器件S5的受控端均与所述主控单元70连接。
本实施例中，双级双向变换器20可连接于逆变器50中的母线电容(本实施例中母线电容为第四电容C4)的两端，以将逆变器50中的母线电容作为其输出电容，从而利用第三电容C3和母线电容实现双级变换。双级双向变换器20正向可将蓄电池Batt的电能经两次升压变换后输出至逆变器50的正、负电压母线(DC+，DC-)，以使蓄电池Batt提供的电能可以满足电压母线的电压规格；而反向可使电压母线回馈的电能经两级降压变换后输出至蓄电池Batt；且在负载处于轻载状态下时，可使蓄电池Batt的输出的电能为超级电容Csc进行充电。在一可选实施例中，第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4及第五开关器件S5均为N-MOS。
参照图1至图18，在本发明一实施例中，所述双级双向变换器20包括：第六开关器件S6、第七开关器件S7及第四电感L4；
所述第六开关器件S6和所述第七开关器件S7彼此串联连接后用于与所述发电机逆变器系统的电压母线并联连接，所述第六开关器件S6和所述第七开关的受控端均与所述主控单元70连接；所述第四电感L4的一端与所述第六开关器件S6和所述第七开关器件S7的公共端连接，所述第四电感L4的另一端与所述超级电容Csc连接，所述第七开关器件S7的输出端与所述超级电容Csc的另一端连接。
本实施例中，第六开关器件S6和第七开关器件S7可以为IGBT，以在主控单元70的控制下开启/关闭，从而实现在超级电容Csc工作时，对差值瞬时功率进行补偿。而在负载处于制动回馈时，主控单元70可通过控制第六开关器件S6、第七开关器件S7以使双级双向变换器20处于降压状态，从而实现为超级电容Csc进行充电。而本发明混合能量存储系统中所述的第一开关器件S1至第七开关器件S7还可通过采用三极管、MOS管、光耦和IGBT等开关器件中的一种或多种组合来实现。在另一可选实施例中，第一开关器件S1、六开关器件及第七开关器件S7为可控硅；第二开关器件S2、第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4及第五开关器件S5为MOS管。
参考图5至图14，本发明混合能量存储系统的拓扑结构根据负载电流Io的大小和超级电容的电压Vsc大小，可在主控单元70的控制下处于六种工作模式。在此以负载电流阈值定义为Ith，超级电容Csc的电流值定义为Isc(当负载电流大于Ith，为重载；当负载电流小于Ith，为轻载)，双级双向变换器20为变换器A，双向变换器30为变换器B以及补偿变换器11为变换器C进行详细说明。
模式一：模式一中，负载电流为正，负载消耗混合能量存储系统的能量。负载电流幅值不超过Ith。超级电容Csc充电至最大电压Vscmax(0<IO<Ith,VSC≥VSCmax)。
变换器A工作于电压模式，用于调整负载端电压到额定值。变换器B和变换器C在该模式下不工作。第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4、第五开关器件S5工作在电压模式，第一开关器件S1、第六开关器件S6和第七开关器件S7不工作。相关公式如下：
模式二：模式二中，负载电流为正，负载侧消耗混合能量存储系统的能量。负载电流幅值不超过Ith。超级电容Csc处于充电中(0<IO<Ith,VSC<VSCmax)。
在这种模式下，变换器A工作在电流模式，电流流向负载，并给超级电容Csc充电。电流缓慢的从初始电流给定到最终电流/>电流给定的最终值取决于负载需求和超级电容Csc的瞬时值，可通过以下公式进行计算：
其中，VOIO/VBatt是蓄电池电流Ibatt中的负载电流部分，剩下部分为超级电容Csc的充电电流部分。由上述公式可知，从/>缓慢的变化到/>所以蓄电池电流Ibatt缓慢的变化。k1参数决定/>上升到最终值/>的速率。在超级电容Csc电压Vsc较低时，由于超级电容Csc电压低时能够长时间的调整负载电压，蓄电池电流Ibatt能快速达到最终值。由式上述公式还可知，k1和Vsc呈负相关。VSC*ISCCh是给超级电容Csc充电的功率，将其除以VBatt可计算得到超级电容Csc的充电电流。因为超级电容Csc充电电流ISCCh取决于VSCmax和VSC的差值，所以ISCCh需要限制在IChmax，以避免蓄电池Batt在超级电容Csc电压低时输出较大的电流，ISCCh可根据以下公式进行取值：ISCCh＝min(IChmax,k2(VSCmax-VSC))。
而此模式下混合能量存储系统的输出电压由变换器B控制，变换器B工作在电压模式，电压的给定值设定为期望的负载电压Vo。变换器B用于将变换器A额外的功率传递给超级电容Csc，以控制负载电压。第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4S4、第五开关器件S5工作于滞环电流模式，以保证快速精确的电流跟踪，滞环电流模式可由以下公式决定：
/>
其中，h1是滞环的环宽；第六开关器件S6和第七开关器件S7工作在闭环电压模式，控制混合能量存储系统的输出电压到设定值Vo。且当超级电容Csc充电至VSCmax时，模式二切换至模式一。
模式三：模式三下，负载电流超过设定的阈值Ith，且超级电容电压Vsc大于超级电容电压允许的最小值(IO>Ith,VSC>VSCmin)。
在该模式下，变换器A和B不工作，变换器C工作。超级电容Csc和第一电容C1串接在负载两端。主控单元70通过控制第一电容C1两端电压到(Vo-Vsc)来调整输出电压。模式三下，存在以下关系：
以及ISC＝IO。
在开始超级电容Csc被充电到Vo的过程中，那么蓄电池Batt的输出电流随着超级电容Csc不断的放电，从0开始逐渐的上升，所以蓄电池Batt无需承受负载的瞬时冲击电流。
模式四：模式四中，超级电容Csc的电压值跌落到VSCmin以下，负载电流大于阈值Ith(IO>Ith,VSC≤VSCmin)。
在该模式下，超级电容Csc能量被耗尽，无法再提供多余的能量，蓄电池Batt需要提供整个负载功率。该模式是不期望进入的(如果重载持续时间比较长，超级电容Csc的电容值就需要加大)。模式四和模式一类似，变换器A工作在电压控制模式，用于调整负载电压到Vo，而此时的变换器B和变换器C不工作。
模式五：模式五中，负载电流为负值，能量从负载流向混合能量存储系统，且超级电容小于最大值(IO<0,VSC≤VSCmax)，此时负载处于类似电机制动回馈的状态中。
在该模式下，变换器A工作在电流控制模式，用于快速的将蓄电池电流Ibatt从模式五开始的电流初值变化到最终值(该过程等于将负载电流进行变换并输出至电池)，可由以下公式进行表示：
此时，变换器B工作在电压控制模式，调整混合能量存储系统的输出电压到额定电压，以保证负载侧母线电压不会过压。变换器B还用于将负载提供功率和蓄电池Batt瞬时功率的差值反馈到超级电容Csc。模式五下的电流给定可由上述公式(1)决定。
模式六：模式六中，负载处于回馈状态，超级电容Csc通过充电使其电压值至Vscmax，(IO<0,VSC≥VSCmax)
在该模式下，变换器A工作在电压控制模式，变换器B和C不工作。所有的负载侧能量给蓄电池Batt充电，在该模式下： S1＝S6＝S7＝0；/>ISC＝0。
本发明还提供一种发电机逆变器系统，所述发电机逆变器系统包括：
发电机组40，用于输出电能；
如上所述的混合能量存储系统；
逆变器50，所述逆变器50用于将所述发电机组40和所述混合能量存储系统输出的电能分别进行相应的电压变换后，经电压母线输出至所述发电机逆变器系统所驱动的负载；以及
采样单元60，所述采样单元60用于对所述负载、所述发电机组40、所述混合能量存储系统及所述逆变器50进行采样，并输出相应的采样信号；
主控单元70，所述主控单元70分别与所述发电机组40、所述混合能量存储系统所述逆变器50及所述采样单元60连接。
本实施例中，发电机组40可包括有发动机40；ECU单元42，用于在所述主控单元70的控制下，调节所述发动机40的转速；发电机43，用于在所述发动机40的带动下运转，以输出相应大小的电能。其中，发动机40可以为柴油机，发动机40用于将化学能经燃烧转换为热能后推动发动机40中的活塞，以带动与活塞连接的机械组件运动，从而实现转动的效果。ECU单元42为发动机40的中央控制单元，ECU单元42可根据主控单元70输出调速指令、启停指令等指令来控制发电机43中的能量转换过程，从而实现对发动机40转速的调节。发电机43可通过连轴器或者高强度螺栓与发动机40连接，以在发动机40的带动下进行同步转动。发电机组40用于根据主控单元70输出的多种控制指令工作，并在工作时输出交流电。本发明发电机逆变器系统在正常模式下，主控单元70可通过CAN通讯方式给ECU单元42发送固定的转速给定，一般该转速设定为发电机43运行最高效率对应转速点。
所述混合能量存储系统的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在发电机逆变器系统中使用了上述混合能量存储系统，因此，该发电机逆变器系统的实施例包括上述混合能量存储系统全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
逆变单元可由开关器件、电容元件及电感元件等分立的电子器件构建组成，逆变单元用于对发电机组40和混合能量存储系统输出的能量分别进行相应的电压变换，以使两者共同提供母线电压和母线电流，从而驱动本发明发电机逆变器系统所带的负载工作。
采样单元60，采样单元60可包括有多种用于对发电机逆变器系统中其他功能单元进行采样的采样装置，例如：用于对发机电组中发电机43进行转速采样的转速识别装置、对负载进行监控的电流传感器及电压传感器等。
主控单元70可采用PC总线工业电脑IPC、可编程控制系统PLC、分散型控制系统DCS或数控系统CNC等上位机来实现。主控单元70可通过各种通信接口及线路与发电机逆变器系统中其他功能装置或单元通讯连接，以用于根据集成的相关硬件电路和软件程序或算法驱动相应的功能装置或单元工作，并可接收相关功能装置或单元在工作时所反馈的各种信号及数据，通过对其进行相应的分析处理后输出对应的控制指令，从而实现对发电机逆变器系统进行整体监控。可以理解的是，主控单元70还可通过对多种采样信号进行组合计算分析，以进一步获取对应的工作数据，例如：功率数据等。
现有发电机逆变器系统在处于节能模式时，遇到突加突卸负载比较频繁的场合，很难保证逆变器50的带载性能(且当负载较轻时，会使得系统噪声过大，并造成能量的浪费以及使得成本过高)。而本发明发电机逆变器系统工作在节能模式时，主控单元70通过获取负载的有功和无功功率数据以判断出负载的大小，并根据负载的大小输出相应的控制指令至ECU单元42，以使ECU单元42自动匹配对应的转速给定，例如在空载或轻负载运行时，主控单元70控制发动机40运行在最低转速，此时系统噪声小，节能环保；负载突然增加时，主控单元70控制发动机40转速快速的上升到较高转速水平，以提高带负载能力，直至增加到额定负载或一定程度过载，并控制转速维持在最高运行转速。在节能模式下，突加和突卸负载比较频繁时，为了保证系统的带载性能，发动机40的转速可按照如下曲线：上升或下降；其中，Yaim是柴油机目标转速，m为曲线斜率，mod为取余运算，Yrem为余数，Y(k)为当前柴油机目标转速，Y(k-1)为上一次柴油机目标转速。在网侧突卸负载时，可将m的值设置较大；在网侧突加负载时，将m的值设置为0，以控制发动机40转速阶跃变化到对应负载目标转速。本发明发电机逆变器系统能够根据网侧负载大小自动调整柴油机转速匹配，实现节能模式运行，并通过调整柴油机转速的上升和下降曲线斜率，保证节能模式下的带载性能。
参照图1至图18，在本发明一实施例中，所述逆变器50包括：
机侧变换单元51，所述机侧变换单元51用于在主控单元70的控制下将所述发电机组40输出的电能进行相应的电压变换，以将其转换为母线电压后输出；
网侧变换单元52，所述网侧变换单元52用于将所述母线电压经相应的电压变换后输出至所述发电机逆变器系统所驱动的负载，以驱动所述负载工作。
所述主控单元70还用于在确定所述发电机组40故障时，控制所述网侧变换单元52将负载的电能进行电压变换后经电压母线输出至所述机侧变换单元51；
所述机侧变换单元32还用于将所述网侧变换单元52输出的电能进行相应的电压变换后输出至所述发电机组40，以驱动发电机组40运行；
或者，所述主控单元70确定还用于在确定所述发电机组40故障时，驱动所述混合能量存储系统经所述网侧变换单元52和所述电压母线以为所述负载提供电能。
本实施例中，逆变器50的母线电容可为第四电容C4。机侧变换单元51可采用第十开关器件至第十五开关器件(S10/S11/S12/S13/S8/S9)彼此连接以构成三相变换电路来实现，网侧变换单元52可采用第十六开关器件至第二十七开关器件(S16/S17/S18/S19/S20/S21/S22/S23/S124/S25/S26/S27)构成T型三电平变换器来实现。主控单元70可通过控制机侧变换单元51和网侧变换单元52中相应开关器件的开启/关闭来控制机侧变换单元51和网侧变换单元52处于相应的整流/逆变的工作状态中。且可以理解的是，机侧变换单元51和网侧变换单元52还可分别采用其他双向AC-DC和双向DC-AC的拓扑结构来实现，在此不做限定。
主控单元70可通过采样单元60实时获取发电机组40的多种数据，并根据获取的数据来判断发电机组40是否故障，例如：可通过对发动机40的转速进行实时监控以判断发动机40是否故障，对发电机43输出的电流进行实时监控以判断发电机43是否故障等，且在发电机组40中任一装置故障时确认发电机组40故障。在正常工作时，发电机逆变器系统工作于PTO工作模式，机侧变换单元51工作于整流状态，以得到稳定的母线电压，网侧变换单元52工作在逆变状态，以输出交流电驱动负载，能量从混合能量存储系统和机侧变换单元51流向网侧变换单元52，最终到负载。而在发电机组40故障时，发电机逆变器系统工作于PTI工作模式，PTI工作模式与PTO工作模式相反，能量从负载(此时，负载为船网或电网)流向网侧变换单元52、混合能量存储系统和机侧变换单元51，PTI模式下，网侧变换单元52工作在T型三电平PWM整流状态，将船网或电网交流电压整流成设定的母线电压，机侧变换单元51处于三相逆变状态，以控制轴带发电机43电动运行，为船舶航行提供动力，从而实现在柴油机故障时通过电力驱动船舶推进。本发明可实现发电机组40与船网或电网并联运行，可应用于船用轴带发电机的要求PTO和PTI双向运行场合。
当发电机43运行中出现短时的故障时，为了保证负载的不间断供电，此时主控单元70可控制机侧变换单元51停止运行，由混合能量存储系统单独给负载提供短时的电能供应，负载较轻时，混合能量存储系统可工作在模式一状态；当负载较大时，工作在模式二状态，以控制母线电压到负载所需的Udc_set2。当电机故障恢复时，主控单元70再次开启母线电压闭环控制时，控制混合能量存储系统停止工作。本发明发电机逆变器系统在发电机43出现短时故障时，可通过混合能量存储系统给负载持续提供电能，以保证负载的不间断供电。
参照图1至图18，在本发明一实施例中，所述网侧变换单元52包括第八开关器件S8和第九开关器件S9，所述第八开关器件S8和所述第九开关器件S9彼此串联以构成第四桥臂；所述第四桥臂连接于正电压母线DC+和负电压母线DC-之间，以用于在所述主控单元70的控制下维持所述网侧变换单元52的中点电位平衡。
进一步地，所述网侧变换单元52还包括第五电容C5、第六电容C6、第五电感L5、三电平变换器(S16-S27)及LC滤波电路(由C8～C9和L6～L8)；所述第五电容C5和所述第六电容C6彼此串联后与所述第四桥臂并联连接；所述第五电感L5的一端与所述第八开关器件S8和第九开关器件S9的公共端连接，其另一端与所述第五电容C5和所述第六电容C6的公共端连接；所述三电平变换器与所述LC滤波电路(C8～C9和L6～L8)串联连接，并设置于所述第五电容C5和所述第六电容C6的公共端与所述负载之间。
本实施例中，第八开关器件S8和第九开关器件S9组成半桥结构。主控单元70通过软件控制第八开关器件S8和第九开关器件S9的开通/关断，由于第五电感L5L5电感电流不能突变，从而可对三电平的中点电位平衡进行有效的控制。第八开关器件S8和第九开关器件S9处于互补导通关系。假设上半母线电压是Vup，下半母线电压是Vdw，当Vdw<[(Vup+Vdw)/2-h2]]时，h2为控制滞环，此时第八开关器件S8导通，第九开关器件S9关断，母线通过第八开关器件S8和第五电感L5L5给下半母线电容C6充电，使C6电压上升，C5电压下降，中点电压恢复平衡，第八开关器件S8的导通占空比与Vdw和[(Vup+Vdw)/2-h2]差值绝对值成正比关系；当Vdw>[(Vup+Vdw)/2+h2]时，S8关断，S9导通，此时下半母线C6通过L5和S9放电，流向母线负极。此时C6电压下降，C5电压上升，中点电位恢复平衡，S9的导通占空比与Vdw和[(Vup+Vdw)/2+h2]差值的绝对值成正比关系。当Vdw>＝[(Vup+Vdw)/2-h2]且Vdw<＝[(Vup+Vdw)/2+h2]时，S8和S9都关断。上述过程可表示为如下关系式：其中，k1和k2为第四桥臂中第八开关器件S8和第九开关器件S9的导通控制比例增益。
网侧变换单元52中的第五电容C5和第六电容C6用于在发电机逆变器系统工作时，滤除所流经电流中的交流分量，以提高输出至三电平变换器/机侧变换单元51的电能质量。三电平变换器为网侧变换单元52中进行电压变换的主要部分，其功能如上所述，再次不做赘述。LC滤波电路(C8～C9和L6～L8)用于对流入负载/负载输出的电能进行LC滤波处理，以进一步提高电能的质量。本发明所提出的第四桥臂，可有效地控制网测变换单元的中点电位平衡，而如此设置网测变换单元，可使得在发电机组40故障时，利用船网/电网为船舶航行提供动力。
本发明发电机逆变器系统在正常模式或节能模式下，当负载突加至较重负载时，为了保证母线电压的稳定，可对机侧变换单元51进行母线闭环控制，当超级电容电压Vsc大于最小允许工作电压时，可控制混合能量存储系统工作在模式三，此时由超级电容Csc和串接的第一电容C1提供负载所需的冲击电流，避免蓄电池Batt的瞬间大电流放电，相比较单独的母线电压闭环控制，母线电压的降低幅度更小；当对处于重载的负载并进行全部突卸时，由于发电机43机械惯性，转速来不及变化，此时发电机组40的动能经机侧变换单元51转换后转移到电压母线，造成母线电压的迅速抬升，此时发电机逆变器系统处于能量回馈状态。为了降低母线电压的抬升幅度，当超级电容电压Vsc小于最大允许工作电压时，混合能量存储系统可工作在模式五，由蓄电池Batt吸收回馈能量的平均功率部分，超级电容Csc吸收回馈能量的冲击功率部分。当超级电容电压Vsc超过最大允许工作电压时，混合能量存储系统可工作在模式六，单独由蓄电池Batt吸收回馈能量。当发电机逆变器系统在电动状态下，且负载较轻以及超级电容电压小于最大允许工作电压时，可是混合能量存储系统工作在模式二，由蓄电池Batt给超级电容Csc充电。
需要注意的是，本发明所提出的发电机逆变器系统，即可兼容同步发电机运行，也可兼容异步发电机运行。
当发电机43为异步电机时，在柴油机转速建立起来后，可控制混合能量存储系统工作在模式一下，并控制母线电压达到预设值Udc_Set1，当母线电压稳定后，主控单元70可控制采样单元60对发电机43进行转速采样，以对其进行转速追踪。转速追踪可分为三个阶段，第一阶段可检测发电机43的线电压Urs和Ust，并根据线电压Urs和Ust计算出发电机43的运行频率，当第一阶段未检测出电机运行频率后，进入激磁状态，为发电机43内部建立磁场，并在磁场建立后进入第二阶段；第二阶段中，再次检测线电压Urs和Ust，并根据Urs和Ust检测计算出发电机43运行频率，以实现对发电机43的转速追踪，且在追踪成功后切换到母线电压闭环控制，控制母线电压达到设定值Udc_Set2。第三阶段为母线电流的给定阶段，母线电流的给定阶段可采用以下方法：主控单元70可先将预设母线电压与实际母线电压的电压差值，经过比例积分调节后作为母线有功电流的给定；当采用速度控制时，给定的母线有功电流与实际的有功电流反馈经过比例积分调节后得到频率调节增量，再与速度的斜坡给定相加得到最终的频率给定；当采用转矩控制时，母线有功电流给定直接与设定的转矩给定相加得到最终的电流环q轴有功电流给定。
当为同步电机时，可采用两种方式实现同步发电机转速追踪，第一种是通过反电势残压给控制系统供电(此时混合能量存储系统不工作)，直接通过反电势计算出同步机的频率和相位，转速追踪成功后切换到母线闭环稳压控制，控制母线电压稳定在Udc_Set2(但此类方法在反电势较低时，会使得转速追踪切换到母线稳压的控制过程不稳定)；第二种可采用和异步电机类似的方式，发动机40转速建立起来之后，控制混合能量存储系统工作于模式一，并控制母线电压达到设定值Udc_Set1，当母线电压稳定后，再开启转速追踪功能，通过反电势计算出发电机43的频率和相位，转速追踪成功后切换到母线闭环稳压控制，控制母线电压稳定在Udc_Set2，母线稳压控制方式和异步机相同，在此不再赘述，且第二种方法可避免第一种方案的弊端。
在本实施例中，当母线电压稳定后，主控单元70逆变器50自启动运行，并判断其三相输出负载是否平衡，且根据判断结果切换到对应的控制策略。具体为，主控单元70可控制采样单元60对逆变器50输出的三相交流电进行采样，以判断三相输出负载是否平衡，在判定为平衡时，可采用常规的输出电压电流双闭环SVPWM控制方式，以提高母线电压利用率。当判定为不平衡时，可采用基于正负序分离的输出电压电流双闭环SPWM控制方式，在电压外环中加入负序控制器，负序电压给定为0，负序控制器PI输出经过坐标变换，叠加到正序电压环PI输出得到电流内环的总参考值。通过该方法可有效地控制输出不平衡电压负序分量为0，以提高逆变器50带不平衡负载能力以及降低输出电压不平衡度。从而使得本发明发电机逆变器系统可兼容异步发电机和同步发电机两种类型发电机43的运行。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种混合能量存储系统，应用于发电机逆变器系统中，其特征在于，所述发电机逆变器系统包括有主控单元；所述混合能量存储系统包括：
超级电容；
蓄电池，用于输出直流电源，以为发电机逆变器系统所驱动的负载提供所需的平均功率；以及
DC-DC变换器，所述DC-DC变换器包括第一电容和补偿变换器，所述第一电容为所述DC-DC变换器的输出电容；所述第一电容与所述超级电容彼此串联以形成电容组，所述电容组用于与所述发电机逆变器系统的电压母线连接；所述DC-DC变换器用于在所述主控单元的控制下，将所述蓄电池输出的直流电源进行相应电压变换后，输出至所述第一电容，以使所述电容组提供所述负载所需的峰值功率：
所述补偿变换器还包括：第一电感、第一开关器件、第二电容、变压器及第一二极管；所述第一电感的一端与所述蓄电池的正极连接，所述第一电感的另一端与所述第一开关器件的输入端连接；所述第一开关器件的输出端与所述蓄电池的负极连接，所述第一开关器件的受控端与所述主控单元连接；所述第二电容的一端与所述第一开关器件的输出端连接，所述第二电容的另一端与所述变压器原边线圈的第一端连接；所述第一开关器件的输出端与所述变压器原边线圈的第二端连接；所述变压器副边线圈的第一端经所述第一二极管与所述第一电容的一端连接，所述变压器副边线圈的第二端与所述第一电容的另一端连接；其中，所述变压器原边线圈的第一端和所述副边线圈的第一端为同名端。
2.如权利要求1所述的混合能量存储系统，其特征在于，所述补偿变换器用于在所述主控单元的控制下，将所述蓄电池输出的直流电压进行相应的电压变换后输出至所述第一电容，以补偿所述超级电容下降的电压并控制所述电容组为所述负载提供的功率处于稳定值。
3.如权利要求1所述的混合能量存储系统，其特征在于，所述混合能量存储系统还包括：
双级双向变换器，所述双级双向变换器用于分别与所述蓄电池及所述发电机逆变器系统的电压母线连接；所述双级双向变换器用于在所述主控单元的控制下，使所述蓄电池为所述负载提供额定功率，以及为所述超级电容进行充电；
双向变换器，所述双向变换器与所述超级电容连接，所述双向变换器用于在所述主控单元的控制下，使所述超级电容为所述负载提供差值瞬时功率，以及为所述超级电容进行充电；其中，所述差值瞬时功率为所述负载所需功率与所述蓄电池提供的功率之差。
4.如权利要求3所述的混合能量存储系统，其特征在于，所述双级双向变换器包括：第二电感、第三电感、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件及第三电容；
所述第二电感的一端用于与所述蓄电池的正极连接，所述第二电感的另一端与所述第三开关器件的输入端连接；所述第三开关器件的输出端用于与所述蓄电池的负极连接；所述第三开关器件的输入端与所述第二开关器件的输出端连接，所述第二开关器件的输入端与所述第三电容的一端连接；所述第三电容的另一端与所述第三开关器件的输出端连接；所述第四开关器件与所述第五开关器件彼此串联连接后用于与所述发电机逆变器系统的电压母线并联连接；所述第三电感的一端与所述第二开关器件的输出端连接，所述第三电感的另一端与所述第四开关器件和所述第五开关器件的公共端连接；其中，所述第二开关器件、所述第三开关器件、所述第四开关器件及所述第五开关器件的受控端均与所述主控单元连接。
5.如权利要求3所述的混合能量存储系统，其特征在于，所述双向变换器包括：第六开关器件、第七开关器件及第四电感；
所述第六开关器件和所述第七开关器件彼此串联连接后用于与所述发电机逆变器系统的电压母线并联连接，所述第六开关器件和所述第七开关的受控端均与所述主控单元连接；所述第四电感的一端与所述第六开关器件和所述第七开关器件的公共端连接，所述第四电感的另一端与所述超级电容连接，所述第七开关器件的输出端与所述超级电容的另一端连接。
6.一种发电机逆变器系统，其特征在于，所述发电机逆变器系统包括：
发电机组，用于输出电能；
如权利要求1-5所述的混合能量存储系统；
逆变器，所述逆变器用于将所述发电机组和所述混合能量存储系统输出的电能分别进行相应的电压变换后，经电压母线输出至所述发电机逆变器系统所驱动的负载；以及
采样单元，所述采样单元用于对所述负载、所述发电机组和所述混合能量存储系统及所述逆变器进行采样，并输出相应的采样信号；
主控单元，所述主控单元分别与所述发电机组、所述混合能量存储系统所述逆变器及所述采样单元连接。
7.如权利要求6所述的发电机逆变器系统，其特征在于，所述逆变器包括：
机侧变换单元，所述机侧变换单元用于在主控单元的控制下将所述发电机组输出的电能进行相应的电压变换，以将其转换为母线电压后输出；
网侧变换单元，所述网侧变换单元用于将所述母线电压经相应的电压变换后输出至所述发电机逆变器系统所驱动的负载，以驱动所述负载工作；
所述主控单元还用于在确定所述发电机组故障时，控制所述网侧变换单元将所述负载的电能进行电压变换后经电压母线输出至所述机侧变换单元；
所述机侧变换单元还用于将所述网侧变换单元输出的电能进行相应的电压变换后输出至所述发电机组，以驱动发电机组运行；
或者，所述主控单元还用于在确定所述发电机组故障时，驱动所述混合能量存储系统经所述网侧变换单元和所述电压母线以为所述负载提供电能。
8.如权利要求7所述的发电机逆变器系统，其特征在于，所述网侧变换单元包括第八开关器件和第九开关器件，所述第八开关器件和所述第九开关器件彼此串联以构成第四桥臂；所述第四桥臂连接于正电压母线和负电压母线之间，以用于在所述主控单元的控制下维持所述网侧变换单元的中点电位平衡。
9.如权利要求7-8任意一项所述的发电机逆变器系统，其特征在于，所述网侧变换单元还包括第五电容、第六电容、第五电感、三电平变换器及LC滤波电路；所述第五电容和所述第六电容彼此串联后与第四桥臂并联连接；所述第五电感的一端与第八开关器件和第九开关器件的公共端连接，其另一端与所述第五电容和所述第六电容的公共端连接；所述三电平变换器与所述LC滤波电路串联连接，并设置于所述第五电容和所述第六电容的公共端与所述负载之间。
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