[实用新型]基于双向Buck变换器的超级电容和蓄电池混合储能光伏系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及混合储能光伏系统领域，尤其涉及一种基于双向Buck变换器的超级电容和蓄电池构成的混合储能光伏系统。

背景技术

光伏储能系统作为新能源产业的重要组成部分，近年来应用越来越广泛。由于光伏电池的输出功率存在间歇性和随机性，通常在独立光伏发电系统中必须配置一定的储能装置以保证负载供电的连续性和可靠性，蓄电池是最常见的储能元件。但无论哪种蓄电池都有充放电电流限制、充电时间长、循环寿命短、功率密度低等缺点，而超级电容器具有功率密度大、循环寿命长、充放电效率高等优点，因此，通过适当的能量管理策略，将蓄电池和超级电容器结合起来，可以构成高性能的储能系统。现有技术中，中国专利CN101309017A提出了一种超级电容器蓄电池混合储能方案，该方案中超级电容和负载之间有蓄电池充电电路，当设置功率脉动型负载时超级电容器功率密度大的优势就难以充分发挥；中国专利CN101789620A提出了一种基于双向Buck/boost电路拓扑作为有源混合储能方案，但由于超级电容器电压必须高于蓄电池电压，超级电容器能量利用率不高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够在输入功率波动情况下减少蓄电池的反复充放电、能够发挥超级电容器功率密度大的优势、能够利用超级电容器存储的能量的基于双向Buck变换器的超级电容和蓄电池混合储能光伏系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案: 

基于双向Buck变换器的超级电容和蓄电池混合储能光伏系统，包括光伏阵列、DC/DC变换器、超级电容器、蓄电池、双向Buck变换器和负载；所述光伏阵列、DC/DC变换器以及负载顺次连接，所述超级电容器和双向Buck变换器分别连接在DC/DC变换器与负载之间，所述蓄电池与双向Buck变换器连接。

本领域技术人员根据本领域公知常识可知，本实用新型中的超级电容器和双向Buck变换器分别连接在DC/DC变换器与负载之间是指超级电容器和双向Buck变换器分别并联在DC/DC变换器与负载之间的传输线上，从而超级电容器、双向Buck变换器、负载构成并联组，光伏阵列、DC/DC变换器与该并联组顺次串联的线路构造。

当阳光充足时，光伏阵列输出的电能通过DC/DC变换器给超级电容器及负载供电，通过双向Buck变换器给蓄电池充电；当出现多云天气时，光伏阵列输出波动较大、输出功率较小，由超级电容器和光伏阵列一起向负载供电；当出现持续阴雨天时，光伏阵列产生的小电流给超级电容器充电；当夜晚光伏阵列不能发电时，由超级电容器和蓄电池为负载提供功率；当负载功率脉动（即功率不稳定，产生波动）时，超级电容器将输出脉动功率，蓄电池输出平均功率，脉动结束后，蓄电池为超级电容器补充能量；当没有负载时，超级电容器电压到一定程度则为蓄电池充电。

进一步，所述双向Buck变换器包括第一功率开关管、第二功率开关管、二极管一、二极管二、电感；所述二极管一阳极与超级电容器阴极连接、二极管二阳极与蓄电池阴极连接，二极管一与二极管二共阳极，二极管一阴极与第一功率开关管源极连接，第一功率开关管漏极与超级电容器阳极连接，二极管二阴极与第二功率开关管源极连接，第二功率开关管漏极与蓄电池阳极连接，二极管一阴极与二极管二阴极之间连接电感。

当超级电容器电压比蓄电池电压高于一个阈值时，双向Buck变换器正向工作，超级电容器为蓄电池恒压限流充电；当超级电容器电压比蓄电池电压低于一个阈值时，双向Buck变换器反向工作，蓄电池为超级电容器提供能量。当蓄电池容量已满或耗尽时，双向Buck变换器停止工作，将蓄电池隔离，避免其过充或过放。

（1）正向工作：将第二功率开关管的控制极置低，使其不工作。第一功率开关管、二极管一、电感组成Buck变换器，为第一功率开关管的控制极提供控制脉冲，电路将根据第一功率开关管的开关状态周期性工作。第一功率开关管开通期间，超级电容器为蓄电池充电，同时将一部分能量储存在电感中；第一功率开关管关断后，储存在电感中的能量通过二极管一继续为蓄电池充电。第二功率开关管体内的二极管始终开通，二极管二始终关断。第一功率开关管再次开通，电路进入下一个周期。