[发明专利]一种基于超级电容器蓄电池混合储能的风力发电、光伏发电互补供电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电、光伏发电互补供电系统，特别涉及基于超级电容器蓄电池混 合储能的风力发电、光伏发电互补供电系统。

背景技术

随着能源危机的日益突出，风力发电、光伏发电等清洁可再生能源发电技术应用越来越 广泛，由于风光资源的天然互补性，风力发电、光伏发电互补发电具有较大的发展前景。风 光互补供电系统各发电单元可以独立控制也能协调工作，供电安全性和可靠性比较高，可以 在沙漠、高原等偏远地区为通信设施和居民生活提供不间断电力。

光伏发电和风力发电分别受日照强度和风速变化的影响，由于自然界的太阳光和风速变 化是不可预测的，所以风光互补系统的电力输出不稳定，通常需要配备一定容量的储能装置 进行电能补偿以保持输出稳定。此外，当出现极端恶劣天气、线路故障等意外情况时，系统 可能会停止对用户的电力供应，如果没有备用能量支撑，一些重要和敏感的设备将无法正常 工作。一般的风光互补系统都配置了可充电蓄电池组，可充电蓄电池是一种应用非常普遍的 储能装置，如铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、镍氢蓄电池等。将其应用于风光互补系统，直接与 直流母线连接，或者通过充放电装置与直流母线连接，作为系统的应急电源或者功率缓冲器， 可以为直流母线提供一定时间的能量支撑。当负荷较轻或者母线电压升高时，直流母线通过 功率变换器给蓄电池充电；在负荷较重或者母线电压发生短时中断以及跌落时，蓄电池通过 功率变换器释放能量以维持直流母线电压在正常的范围内，保证系统的正常工作。

中国专利CN2723723Y公开了一种风光互补系统，该系统采用可充电蓄电池作为储能装 置。太阳能电池产生的电力通过最大功率跟踪后，经过蓄电池充电控制回路给蓄电池充电， 风力发电机产生的电力通过整流以后经过蓄电池充电控制回路给蓄电池充电，蓄电池充电控 制回路根据预设的电池温度不断调整充电的截止电压。蓄电池和直流母线连接，通过逆变器 给负载提供交流电力。当直流母线电压低于预设值时，系统启动柴油机备用电源，这时的逆 变器处于整流工作模式，柴油机的一部分电力通过整流以后给蓄电池充电。当母线电压恢复 至预设值后，系统切断备用电源，逆变器处于逆变工作状态，蓄电池向负载提供电力。系统 的运行情况由中央处理单元进行实时检测和控制。

将可充电蓄电池作为储能装置，存在着一些问题。首先，蓄电池在工作过程中电极活性 物质会发生化学变化从而引起电极结构的膨胀和收缩，使得蓄电池性能衰减。由于风光互补 系统受自然环境的影响很大，发电功率具有间断性和不可预测性等特点，蓄电池需要不断地 吸收或者释放能量，可能经常进行深度充放电，导致蓄电池的使用寿命减少，间接增加了系 统成本。其次，蓄电池对环境要求很高，在严寒环境中出力比较困难，不能保障在严寒气候 条件下供电的安全性和可靠性。再次，蓄电池的功率密度较低，一般来说，通信设备在工作 时的功率需求大多具有脉动性质，即瞬时功率高平均功率较低，为了保证系统的正常运行， 在实际设计中需要配置容量较大的蓄电池组，以满足负荷的功率需求，这样会提高系统成 本。除此之外，蓄电池的维护量较大，而且使用后残留的金属材料会造成较严重的环境污 染。

超级电容器(Supercapacitor，Ultracapacitor)是近年来出现的一种新型储能器件，通常 包括双电层电容器(Electric Double-Layer Capacitor)和电化学电容器(Electrochemical Capacitor)两类。其中，双电层电容器采用活性炭，碳电极与电解液界面上的电荷分离而产 生双电层电容。电化学电容器采用金属氧化物作为电极，在氧化物电极表面发生氧化还原反 应而产生吸附电容，它又称为法拉第准电容，根据电极材料的不同可分为金属氧化物和导电 性高分子聚合物两类电化学电容器。由于法拉第准电容的产生机理与电池相似，在相同电极 面积的情况下，它的电容量是双电层电容器的数倍；但双电层电容器瞬间大电流放电的功率 特性比电化学电容器好。

超级电容器具有很好的功率特性，可以大电流、高效率、快速地充放电。由于充放电过 程始终是物理过程，不发生电化学反应和电极结构的变化，因此其循环使用寿命长。此外， 超级电容器还具有高低温性能良好、能量判断简单准确、无需维护和环境友好等诸多优点， 正日益发展成为一种高效、实用的能量储存器件。