[发明专利]一种基于超级电容平抑直流母线电压突变的电压稳定装置及其方法

权利要求书

1.一种基于超级电容平抑直流母线电压突变的电压稳定方法，采用基于超级电容平抑直流母线电压突变的电压稳定装置，包括检测电路、控制电路、变换电路及混合储能模块，所述检测电路通过电压传感器并联连接在直流母线上；控制电路用于根据检测到的直流母线上的电压值，控制变换电路的通断；所述变换电路采用双向DC/DC Buck-Boost电路，用于对混合储能模块充电或使混合储能模块对直流电网进行补偿；所述混合储能模块包含超级电容组阵列和蓄电池组阵列；所述超级电容组阵列由n组超级电容器组并联组成，且n为偶数，所述超级电容器组由若干单元超级电容串联组成，所述蓄电池组阵列由n组蓄电池组并联组成，且n为偶数，所述蓄电池组由m个单元蓄电池串联组成；

其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：检测电路通过电压传感器测量直流母线电压，并把数据发送到控制单元，经过计算电压变化率和电压值，并与预设值作比较；当检测到的电压值超过额定电压且电压变化率达到每秒0.2％，则定义为电压过冲，当电压低于额定值且电压变化率达到每秒0.2％，则定义为电压跌落；另外当电压值在0.975U_N到0.995U_N，1.005U_N到1.025U_N,定义为Ⅰ区，当电压值在1.025U_N到1.05U_N和0.95U_N到0.975U_N定义为Ⅱ区；

步骤B：控制电路对电压变化率和电压值进行判断，决定混合储能如何参与变换电路运行；

具体包括：

步骤B1：判断电压变化率是否达到预设值，若没有达到预设值再判断稳态电压值是否发生变化，若稳态电压值发生变化，当若电压值高于U_N，则经过计算补偿电压后，使变换电路工作在Buck模式，这时再次判断检测到的电压值在Ⅰ区还是Ⅱ区，若是在Ⅰ区，则使组蓄电池组工作在充电状态，若是在Ⅱ区则使n组蓄电池组工作在充电状态；当电压值低于U_N，则经过计算补偿电压后，使变换电路工作在Boost模式，这时再次判断检测到的电压值在Ⅰ区还是Ⅱ区，若是在Ⅰ区，则使组蓄电池组工作在放电状态，若是在Ⅱ区则使n组蓄电池组工作在放电状态；

步骤B2：当电压变化率达到预设值且稳态电压在0.995U_N到1.005U_N内，只控制超级电容组阵列进行平抑母线电压突变，当电压高于U_N时，经过计算补偿电压后，使变换电路工作在Boost模式，超级电容组阵列工作在充电状态；当电压低于U_N时，经过计算补偿电压后，使变换电路工作在Buck模式，超级电容组阵列工作在放电状态；

步骤B3：当电压变化率达到预设值且稳态电压发生变化在Ⅰ区或Ⅱ区时，当电压高于U_N且稳态电压稳定在Ⅰ区，经过计算补偿电压，先控制组超级电容组进行母线电压平抑，把母线电压降到稳定状态，再控制组蓄电池组平抑母线电压；当电压高于U_N且稳态电压稳定在Ⅱ区，经过计算补偿电压，先控制n组超级电容组进行母线电压平抑，把母线电压降到稳定状态，再控制n组蓄电池组平抑母线电压；当电压低于U_N且稳态电压稳定在Ⅰ区，经过计算补偿电压，先控制组超级电容组进行母线电压平抑，把母线电压升到稳定状态，再控制组蓄电池组平抑母线电压；当电压低于U_N且稳态电压稳定在Ⅱ区，经过计算补偿电压，先控制n组超级电容组进行母线电压平抑，把母线电压升到稳定状态，再控制n组蓄电池组平抑母线电压；

步骤B4：若电压变化率和稳态电压值均为发生变化，则结束平抑母线电压程序；

步骤C：经过步骤B判断后，控制电路开始控制变换电路的运行，确定变换电路如何工作；

步骤D：设定直流母线额定电压为U_N，再次检测母线电压，判断稳态电压值是否在0.995U_N到1.005U_N内且电压变化率是否低于预设值，若达到要求，则结束平抑母线电压平抑，若未达到要求，重复步骤A到D。

2.根据权利要求1所述的一种基于超级电容平抑直流母线电压突变的电压稳定方法，其特征在于，步骤C具体包括：

步骤C1：经过步骤B的判断，需要变换电路工作，变换电路中开关管V1、开关管V2均采用全控型开关管IGBT，变换电路的结构是混合储能与大电感串联后并联在开关管V2上，开关管V2反并联一个二极管，开关管V1的发射极与开关管V2集电极相连，开关管V1反并联一个二极管，开关管V1、开关管V2与大电容并联后接在直流母线上，若变换电路工作在Buck模式，这时开关管V1开通，开关管V2完全关断，在开关管V1导通期间，由于直流侧电压大于混合储能电压，因此直流电网内能量会经过电感吸收后对混合储能模块进行充电；在开关管V1关断期间，电感中储存的电磁能经由开关管V2的反并联二极管D2续流继续向混合储能充电，同样通过控制开关管V1的开关工作周期和占空比改变混合储能的充电电压；

步骤C2：经过步骤B的判断，若变换电路工作在Boost模式，这时开关管V2开通，开关管V1完全关断，设开关周期为Ts，在开关管V2导通期间Ton＝D Ts，其中D为占空比，Ton为导通时间，混合储能模块通过开关管V2将能量储存在电感L中；在开关管V2关断期间Toff＝(1-D)Ts，电感L中储存的电磁能经过开关管V1的反并联二极管D1释放至直流侧，通过控制开关管V2的工作周期和占空比调节直流侧电压大小。