超级电容-蓄电池混合储能拓扑结构和控制策略研究

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1、超级电容-蓄电池混合储能拓扑结构和控制策略研究链接：www.china-nengyuan.com/tech/97113.html来源：中国新能源网china-nengyuan.com超级电容-蓄电池混合储能拓扑结构和控制策略研究11211桑丙玉，陶以彬，郑高，胡金杭，俞斌（1.中国电力科学研究院，江苏南京210003；2.福建省电力有限公司电力科学研究院，福建福州350000）摘要：以超级电容和蓄电池为例，分析了功率型和能量型混合储能不同拓扑结构的优缺点，总结出混合储能拓扑结构选取的一般原则。基于二级低通滤波，提出根据频谱图确

2、定滤波时间常数的混合储能控制方法，并考虑电池充放电功率限制，对滤波输出功率进行修正。用Matlab对算法平滑实际光伏出力进行了仿真验证，结果证明该算法能够满足光伏并网联络线功率要求，并使电池充放电功率不越限。0引言能源危机的日趋紧张以及低碳能源的发展需求促进了可再生能源的利用，应用最多的是风电和光伏。这些发电系统的电能具有间歇性，对大电网的安全稳定、[1]可靠性及电能质量造成了影响。在这种情况下，微网被认为是解决问题的可行措施，储能在分布式发电与微网中实现电能的存储、削峰填谷、平抑新能源出力波动以及紧急备用等功能，[2-4]是

3、分布式发电与微网中必不可少的环节。常见的储能设备可分为功率型和能量型。前者具有功率密度大，响应速度快等优点，但能量密度较小，如超级电容器、超导储能、飞轮储能等；后者具有能量密度大，但功率响应较慢不适于频繁充放电，如蓄电池和抽水蓄能等。由于缺点的限制，单一的储能设备将很难满足分布式发电与微网的要求，因此，必须结合两种或更多的储能组成混合储能系统，充分发挥两种储能设备技术上的互补性。[5-6]单一储能设备的拓扑结构应用研究已经很成熟，两种以上不同类型混合储能应用的研究还较少。混合储能中，不同的储能设备通过不同方式连接到公共母线上，

4、可以交流侧并联或直流侧并联。能量转换装置控制储能系统的功率双向流动及最佳运行，该装置的能量损耗及成本是限制其应用的因素，要考虑技[7]术和经济之间的平衡。因此，在相同的应用场合下，可以采用不同拓扑结构的混合储能。[8-12]储能系统的控制策略在许多文献中都进行了研究[13-14]，混合储能的优化配置、协调控制以及能量管理是目前应用中的热点问题，直接影响储能系统的成本、寿命周期和效率等，但目前还没有较成熟的方法。本文以超级电容（SC）和蓄电池(Battery)组成的混合储能为例，分析比较了几种拓扑结构的优缺点，总结出拓扑结构选取

5、的一般原则。在二级低通滤波原理的基础上，提出了基于电池充放电功率限制的混合储能平滑波动功率控制方法，并进行了Matlab仿真验证，结果证明该方法可以满足光伏并网功率波动要求，并使电池充放电功率不越限。1混合储能拓扑结构页面1/9超级电容-蓄电池混合储能拓扑结构和控制策略研究链接：www.china-nengyuan.com/tech/97113.html来源：中国新能源网china-nengyuan.com1.1交流侧并联超级电容和蓄电池通过DC/AC变流器在交流侧并联。该拓扑中每种储能设备需要单独的双向DC/AC变流器，如图

6、1所示，对网侧的电压、频率变化响应较快，通过DC/AC变流器来实现对参考功率的快速、准确追踪，可以使各个储能系统对微网的输出功率进行集中控制和调节，实现微网与大电网连接点的电压稳定；超级电容的DC/AC变流器和蓄电池的DC/AC变流器可以独立配置，满足各自的功率需求。适应于兆瓦级及以上的大容量储能系统，可以直接并联扩容；但对网侧变流器控制要求较高，DC/AC的成本较高。1.2直流侧并联超级电容和蓄电池在直流侧并联可以共用DC/AC变流器，实现与电网的连接，通过对直流母线电压的控制进行功率调节，控制上较简单。需要加大DC/AC变

7、流器的功率，以满足超级电容的功率需求。直流侧并联拓扑结构如图2所示。图2(a)超级电容和蓄电池直接并联。该拓扑结构简单、成本低、系统效率高、响应速度快。但储能系统的容量不能被完全利用。电流在两种储能装置之间自动分配，分流的大小取决于各自的内阻，因此每种储能的功率无法控制。另外，超级电容的电压与电池电压相同，该电压不受控，变化取决于电池的SOC，这就限制了超级电容的最优利用，也限制了超级电容单元的选择，为了达到相同的电压，需要串联更多的电容单元。适应于直流母线电压变化范围不大，电池没有严格的充放电要求的场合。图2(b)超级电容和

8、蓄电池通过DC/DC功率变换器并联。该拓扑的技术优势是显而易见的，DC/DC有变流、调压的功能，因此，可以通过它来连接端电压不同的两种储能元件，对每种储能设备直接控制，同时维持直流母线电压恒定；并优化蓄电池的放电电流，延长其使用寿命；电池和超级电容可以深度放电因此其储能量可以