[实用新型]一种兼具高功率密度和高能量密度的混合储能系统

说明书

本实用新型涉及兼具高功率密度和高能量密度的混合储能系统，功率型储能元件采用超级电容器；能量型储能元件采用蓄电池；蓄电池接于功率控制器A的低压侧；功率控制器A的高压侧接入超级电容器后与功率控制器B连接；功率控制器A用于实时监测其高压侧接入的超级电容器的端电压，从而判定其荷电状态，进而控制蓄电池进行相应的功率吞吐，以维持超级电容器在合理的荷电状态；功率控制器B与外部系统连接，用于控制本混合储能系统与外部系统之间的功率交换。本混合储能系统兼具有高功率密度、高能量密度的储能特性；相对于单一方式储能，本混合储能系统可有效降低储能系统的投资和运行成本，具有广阔的应用前景。

技术领域

本实用新型涉及储能系统设计技术领域，具体地讲，涉及一种兼具高功率密度和高能量密度的混合储能系统。

背景技术

储能装置普遍具有快速、灵活、可控的功率/能量双向吞吐能力，适用于与电网、各类发电单元以及用户负荷进行快速、精确的功率交换，以满足不同场景下的电力调节需求。目前，常见的电力储能方式有：超导储能、抽水蓄能、飞轮储能、压缩空气储能、蓄电池储能、燃料电池储能、超级电容器储能等，其中，抽水蓄能和压缩空气储能受地理环境、运行条件、前期投资费用等方面的限制，目前尚无法在电网和用户侧进行广泛的开发和利用，其他储能形式在功率密度、能量密度、运行寿命等方面各有差异，总体而言可以分为功率型储能元件和能量型储能元件。功率型储能元件主要有超导储能、飞轮储能、超级电容器储能。能量型储能元件主要有蓄电池储能和燃料电池储能，其中蓄电池又可分为铅酸电池、液流电池、钠硫电池、锂离子电池、铅碳电池等多种形式。受技术成熟度和投资成本等方面的影响，目前大规模建设开发的能量型储能元件和功率型储能元件主要分别为蓄电池储能和超级电容器储能。

目前，储能系统在电网的应用形式和应用场景多种多样，主要有可再生能源功率平抑、微电网运行控制、电网削峰填谷、风/光储联合供电、应急供电等。综合分析，绝大多数应用场景都要求储能系统兼具有大功率吞吐和长期高能量供给的需求，单一的功率型或能量型储能元件为同时兼顾系统的功率和能量配置需求常导致储能系统的投资成本较高。因此，从投资可行性角度考虑，要求建设运行的储能系统需兼具有高功率密度、高能量密度的储能特性，从而满足实际运行场景对储能系统的性能需求，同时有效降低储能系统的投资成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种新型的混合储能系统，使其兼具有高功率密度、高能量密度的特性，从而满足可再生能源功率平抑、微电网运行控制、电网削峰填谷、风/光储联合供电、应急供电等电网多样化运行环境对储能系统大功率吞吐和长期高能量供给的性能需求，并可有效降低储能系统的投资成本，为储能系统的大规模商业化运行提供一条行之有效的技术路线。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种兼具高功率密度和高能量密度的混合储能系统，其特征在于：包括功率型储能元件、能量型储能元件、功率控制器A和功率控制器B；所述功率型储能元件采用超级电容器；所述能量型储能元件采用蓄电池；所述蓄电池接于功率控制器A的低压侧；功率控制器A的高压侧接入超级电容器后与功率控制器B连接；所述功率控制器A用于实时监测其高压侧接入的超级电容器的端电压，从而判定其荷电状态，进而控制蓄电池进行相应的功率吞吐，以维持超级电容器在合理的荷电状态；所述功率控制器B作为本混合储能系统的对外接口，其与外部系统连接，用于控制本混合储能系统与外部系统之间的功率交换，对本混合储能系统整体吞吐功率进行精确调节。

优选的，本混合储能系统为直流储能系统，当外部系统为交流系统时，功率控制器B采用三相半桥VSR拓扑结构控制直流储能系统与外部交流系统之间的双向功率交换；当外部系统为直流系统时，功率控制器B采用双向斩波器结构，控制直流储能系统与外部直流系统之间的功率交换。

优选的，所述功率控制器A也是采用双向斩波器结构。