[发明专利]一种含LC调谐滤波器的链式混合储能系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及储能技术领域，尤其涉及的是一种链式混合储能系统及其控制方法。

背景技术

现有的储能元件可以分为能量型(铅酸电池、锂电池和钠硫电池等)和功率型(超级电容器、超导磁储能和飞轮储能等)两类。实际应用中某些需求，如平抑间歇式电源功率波动，需要储能系统既要有快速响应部分，也要有一定的储能容量，因此只选择某一种类型的储能技术难以满足。混合储能系统(Hybrid Energy Storage System，HESS)通过将不同种类的储能元件直接并联或通过电力电子变换器连接，使不同储能技术的特性得以互补，从而提高储能系统的整体性能和储能元件的使用寿命。在电动汽车电源、稳定电网电压和平滑功率波动等领域有着广泛的应用。

在对于储能技术的选择上，蓄电池／超级电容器混合储能系统，由于储能技术互补性强、成熟度高并且工业化应用程度好，是目前混合储能系统研究的重点。研究成果显示蓄电池／超级电容器混合储能系统可以同时具有较高的能量密度和功率密度，其性能优于蓄电池储能系统，并可以延长系统中蓄电池的寿命。

将蓄电池或超级电容器与变换器进行并联组成储能单元，然后再将储能单元进行串联组成链式混合储能系统，可以提高储能系统的输出电压和电平数，使其具有直接并入中高压交流电网的能力以及优良的电能质量。但是由于变换器之间的串联结构，蓄电池储能单元和超级电容器储能单元需要具备同样的电流输出能力，这与超级电容器电流输出能力强，蓄电池功率输出能力弱的特性有矛盾。同时，输出电压和电平数直接和串联的储能单元数量有关，高压、低谐波电压输出需要的储能元件数量更多，成本也较高。最后，在串联结构中，超级电容器中的能量难以从蓄电池中进行补充。

发明内容

技术问题：针对上述现有技术，提供一种能够在串联结构中通过储能单元之间的功率转移提高蓄电池储能单元电流输出能力，同时蓄电池可以向超级电容器充电，并能够提高储能系统输出电压的链式混合储能系统。

技术方案：为了实现上述目的，本发明使用以下技术方案：

一种链式混合储能系统，所述系统包括至少一个超级电容器储能单元、至少一个蓄电池储能单元、至少一个电容器功率单元、输出电感、交流母线、LC调谐滤波器、电流检测单元、电压检测单元以及控制器；其中：

所述每个超级电容器储能单元由超级电容器对应与一个级联变换器输入端并联组成；所述每个蓄电池储能单元由蓄电池对应与一个级联变换器输入端并联组成；所述每个电容器功率单元由电容器与全桥变换器并联组成；所述超级电容器储能单元、蓄电池储能单元以及电容器功率单元组成链式混合储能结构：所述每个单元输出端的两个端子分别与相邻单元的输出端端子串联，第一个单元输出端的正端子通过所述输出电感连接交流母线的一极，最后一个单元的输出端的负端子连接到所述交流母线的另一极；所述LC调谐滤波器设置在所述第一个单元输出端正端子与最后一个单元输出端负端子之间；所述电流检测单元采集交流母线的电流信号和LC调谐滤波器电流信号，并将所述电流信号传输至所述控制器；所述电压检测单元采集超级电容器和蓄电池的正负极电压值，并采集所述电容器两端电压值以及交流母线电压信号，并将所述电压信号传输至所述控制器；所述控制器输出PWM信号到所述各个级联变换器和全桥变换器。

进一步的，所述级联变换器由升压DC／DC变换器和全桥变换器级联组成；所述全桥变换器由两个桥臂组成，每个桥臂包括两个串联的功率器件；在所述升压DC／DC变换器和全桥变换器之间并联有电容。

进一步的，所述全桥变换器中的功率器件为电力场效应管MOSFET、电力晶体管GTR或绝缘栅双极晶体管IGBT的半导体开关管。

进一步的，所述全桥变换器由两个桥臂组成，每个桥臂包括两个串联的功率器件。

进一步的，所述超级电容器由若干串并联的单体超级电容器组成，所述单体超级电容器为双电层型单体超级电容器或赝电容型单体超级电容器。

进一步的，所述蓄电池由若干串并联的单体蓄电池组成，所述单体蓄电池为铅酸电池、锂电池、钠硫电池、镍氢电池或全钒液流电池。

进一步的，所述控制器包括：数字信号微处理器，连接所述数字信号微处理器的通讯接口、电源模块、模／数转换模块、显示模块以及PWM驱动模块；其中：

所述模／数转换模块用于将所述电压检测单元采集的电压信号和电流检测单元采集的电流信号转换为数字信号，并将所述数字信号输入至数字信号微处理器；

所述数字信号微处理器用于根据接收到的所述数字信号执行控制算法并输出PWM信号；