[发明专利]一种应用于偏远地区可再生能源系统的混合储能电源

说明书

本发明公开一种应用于偏远地区可再生能源系统的混合储能电源，它采用超级电容器通过DC‑DC变换器与燃料电池并联的半主动式结构。本发明由太阳能光伏发电、风力发电、燃料电池和超级电容器混合储能电源以及负载构成的偏远地区可再生能源系统，可充分利用大自然提供的能源；同时，混合储能电源能充分吸收由大自然提供的间歇性能量和功率输出，还能保证负载对能量和功率的双重需求。

技术领域

本发明涉及一种应用于偏远地区可再生能源系统的混合储能电 源，其中混合储能电源由比能量大的燃料电池和比功率大的超级电容 器以及DC-DC变换器组成。

背景技术

由于偏远地区用电量不稳定，可再生能源发电系统比传统供电系 统更具优势。但其缺点是间歇性的能量和功率输出均来源于大自然， 可再生能源发电系统难以控制。为了使间歇性的能量和功率输出规则 化，需要一种同时具有高能量密度和高功率密度，而且能持续几十分 钟或几小时的储能装置。传统抽水蓄能系统为偏远地区可再生能源的 收集提供了一个很好的解决方案，但其缺点是受场地和水位高度限 制，储能效率不高。

燃料电池因其发电效率高、比能量高、环境污染小和噪声低等优 点目前广泛应用于各种能量存储系统中，这对偏远地区可再生能源存 储是一个很好的解决方案。然而，燃料电池因其功率密度低，只对低 功率且稳定的负载供电情况颇具优势。偏远地区受天气影响，间歇性 能量和功率输出波动幅度大，燃料电池充电并不理想。使用期间很难 从快速的功率波动中恢复过来，电池的充电/放电速率有限。快速的 电源/负载波动使得电池承受巨大压力，导致电池长时间低电荷状态， 产生了更多的充电/放电周期，电池寿命从而显著地缩小。

为此，超级电容器(也被称为双电层电器)提供了一种解决方案。 超级电容器功率密度高，循环寿命长，与传统电池相比，它唯一的缺 点是低能量密度。由于超级电容器和燃料电池特性互补，合理结合起 来构成混合储能电源，必然为偏远地区可再生能源系统储能效率带来 很大的提高。

发明内容

为解决偏远地区可再生能源系统的储能部分能源利用效率低、难 以控制等问题，本发明提供一种应用于偏远地区可再生能源系统的混 合储能电源，该电源能充分吸收由大自然提供的间歇性能量和功率输 出，同时还能保证负载对能量和功率的双重需求。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种应用于偏远地区可再生能源系统的混合储能电源，该混合储 能电源采用超级电容器通过DC-DC变换器与燃料电池并联的半主动 式结构。

进一步地，DC-DC变换器采用高通滤波器功率分流控制策略，控 制燃料电池主要承担负载所需的平均功率，控制超级电容器主要承担 负载所需的间歇脉冲功率。

进一步地，该偏远地区可再生能源系统包括发电、储能和负载三 部分，其中发电部分由太阳能光伏发电和风力发电组成，储能部分由 燃料电池和超级电容器混合储能电源组成，负载由备直流备用负载和 经过逆变器后的交流家庭用户负载组成。

有益效果：

本发明由太阳能光伏发电、风力发电、燃料电池和超级电容器混 合储能电源以及负载构成的偏远地区可再生能源系统，可充分利用大 自然提供的能源；同时，混合储能电源能充分吸收由大自然提供的间 歇性能量和功率输出，还能保证负载对能量和功率的双重需求。

附图说明

图1是本发明的偏远地区可再生能源系统图；

图2是本发明的燃料电池和超级电容器混合储能电源等效模型 原理图；

图3是本发明的DC-DC变换器的高通滤波器功率分流控制策略 图；

图中：11-超级电容器、12-DC-DC变换器、13-燃料电池、21-太 阳能光伏发电、22-风力发电、31-备用负载、32-用户负载、33-逆变 器。