[发明专利]用于微电网功率平滑控制的混合储能系统拓扑结构

说明书

技术领域

本发明涉及微电网功率平滑调节技术和混合储能技术，具体涉及一种用于微电网功率平滑控制的混合储能系统拓扑结构。属于微电网技术领域。

背景技术

随着间歇式可再生能源的随机性和波动性及负荷的随机波动引起的微电网电压波动日益显著，严重影响微电网的供电质量及“友好”并网，甚至造成安全稳定问题。储能装置被认为是平滑微电网内功率波动、抑制微电网电压随机波动的有效途径。现阶段微电网中可利用的储能装置很多，主要包括蓄电池储能、超导储能、飞轮储能、超级电容器储能等。

例如采用由蓄电池构成的储能系统来控制微电网的功率平滑，由滤波器、DC/AC变流器及蓄电池组组成，储能系统通过公共连接点又称PCC点(Point of Common Coupling)接入微电网。设蓄电池的端口电压为U，电流为I_battery，图1所示方向为正方向，则蓄电池提供的功率为：

P=UI_battery

由于微电网中的波动功率既含有幅值大、持续时间短的尖峰波动功率，又含有持续时间长、能量波动大的稳态波动功率，同时还含有频繁往复性的波动功率。因此若要得到较好的平滑效果，储能系统在提供大能量的同时还需提供大功率，且充放电频繁。采用蓄电池作为储能元件，势必会造成以下缺点：

(1)由于蓄电池不允许大倍率充放电，蓄电池提供的功率越大，所需要的蓄电池容量越大。因此，若要用蓄电池平抑微电网的尖峰波动功率，需配备较大容量的蓄电池组，成本较高。

(2)由于蓄电池循环寿命低，在频繁充放电下，蓄电池寿命短，报废率高，经济性受到严重影响。

例如采用超导储能系统来调节微电网功率平滑控制，与基于蓄电池储能系统的微电网功率平滑控制相同，由滤波器、DC/AC变流器、DC/DC斩波器及超导磁体组成，DC/AC变流器负责控制超导储能系统按照微电网功率平滑的要求输出指定功率；DC/DC斩波器负责超导磁体的充放电控制，如图3所示。微电网的波动功率为P，全部由超导磁体补偿，则在一段时间t内，超导磁体提供的能量E可表示为：

E=∫Pdt

当微电网出现能量波动大的稳态波动功率时，超导磁体需要有足够的容量以保证其持续的功率输出，由于其能量密度小，要平抑能量波动大的稳态波动功率需配备大容量的超导储能系统，使得整个系统造价昂贵，难以推广应用。

发明内容

本发明的目的，是为了提供一种用于微电网功率平滑控制的混合储能系统拓扑结构，该结构可充分发挥两种储能元件的优点，既能提供大功率，又有一定的储能容量，且循环寿命长，响应速度快，控制效果好，成本低。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于混合储能系统的微电网功率平滑控制的拓扑结构，其结构特点在于：

1）微电网的系统母线连接有用于微电网功率平滑控制的混合储能系统拓扑结构，由所述混合储能系统平抑微电网功率波动；

2）混合储能系统的储能单元由超导磁体和蓄电池构成，混合储能系统的控制器拓扑结构由DC/AC变流器、DC/DC斩波器和DC/DC双向变换器构成；由DC/AC变流器将超导磁体、蓄电池接入微电网，DC/DC斩波器的输出端连接超导磁体，以控制超导磁体充/放电；DC/DC双向变换器的输出端连接蓄电池，以控制蓄电池充/放电；通过控制混合储能系统的输出功率平抑微电网功能波动；

3）由超导磁体实时提供功率补偿微电网的功率波动，蓄电池作为超导磁体的能量储存单元；通过DC/AC变流器集中控制混合储能系统的输出功率，以满足微电网的功率平滑要求。本发明的目的还可以通过以下技术方案实现：

本发明的目的还可以通过以下技术方案实现：