[实用新型]一种适用于变电站直流系统的混合储能电源装置

说明书

技术领域

本实用新型属于电力系统输配电技术，尤其是涉及一种适用于变电站直流系统的混合储能电源装置结构技术领域。

背景技术

    直流电源作为供电电源，在变电站、发电厂、大中型厂矿企业等供电系统中占有很重要的地位，主要用于控制、保护、分合闸、通信设备等设备的供电，同时还可以作为独立的事故照明电源，所以其性能以及可靠性会直接影响到整个供电系统的正常运行。

    蓄电池是目前最常用的储能元件，但是蓄电池容量的选择不仅要满足合闸等冲击性负荷所需最大放电电流要求还要同时满足对经常性负荷持续供电的时间要求。在变电站直流系统中，蓄电池的作用非同小可，但是遇到一些极端状况时往往会对蓄电池造成很大的伤害，缩短蓄电池的寿命。超级电容器作为新兴的能量储能器件，能够实现快速放电，瞬间大功率输出能力强，并且能够与蓄电池通过合适的拓扑连接提供电压支撑，保护蓄电池，延长蓄电池的寿命，使功率的输出更加平稳。与单独的使用蓄电池相比，蓄电池和超级电容器组成的混合储能装置在功率密度、使用寿命以及环境温度等方面具有很大的优势，这些优点正是变电站直流电源需要的。

    由此可见采用超级电容器和蓄电池组成的变电站直流系统的混合储能电源能够兼顾超级电容器和蓄电池两者的优势，同时又能够互补双方的缺点，并且能够提高变电站直流电源的性能，这正是变电站所需要的。

实用新型内容

    本实用新型的目的，是为了解决现有技术中变电站直流电源对抗分合闸时的冲击，延长蓄电池的寿命，稳定输出功率，提高可靠性，提供一种适用于变电站直流系统的混合储能电源装置。

    本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

    一种适用于变电站直流系统的混合储能电源装置，其结构特点是：该混合储能电源装置由超级电容器、蓄电池、双向变换器DC/DC及其控制组成；超级电容器和蓄电池通过双向变换器DC/DC串联起来然后再与直流负载相连接。其中，双向变换器DC/DC的一侧与超级电容器相接，另一侧与蓄电池相接。

    进一步地，所述控制包括对双向变换器DC/DC的脉冲宽度调制、对输出到直流母线上的电压进行的负反馈控制环、对双向变换器DC/DC的控制；将直流母线的理想电压作为设定值，把直流母线上的实际电压作为反馈值，两个数值进行运算，得到的偏差作为PID控制器的输入，通过PID控制器的运算得到输出的功率信号，通过PID控制器输出的信号对双向变换器DC/DC的输入，主要通过脉冲宽度调制的方法，控制双向变换器DC/DC，进而达到控制超级电容器和蓄电池的输出功率的目的。利用超级电容器和蓄电池本身的特性，达到既满足直流负载的需求，同时又保护蓄电池的目的。超级电容器的存在给混合储能电源系统提供了电压支撑，保证了蓄电池的电压和功率不会跌落到很低的水平，防止影响蓄电池的性能，延长了蓄电池的寿命，提高了可靠性，稳定了输出功率。

    进一步地，双向变换器DC/DC为Buck-Boost双向变换器。

    进一步地，所述的混合储能电源装置的蓄电池的容量额度至少与直流负荷中的全部负荷功率相匹配，超级电容器的容量也应该与直流负荷中的全部负荷功率相匹配，即所述的混合储能电源装置中的超级电容器和蓄电池都可以运行在单独工作的状态，同时也可以一起放电满足负荷需求。

    本实用新型具有如下突出的有益效果：

    1、本实用新型所述的混合储能电源装置中的超级电容器具有功率密度大、动态响应快、寿命长的优点，蓄电池具有能量密度高的优点，本实用新型将超级电容器和蓄电池结合起来组成混合储能装置，兼顾了两者的优点，互补了双方的缺点，因此可以在直流母线上的电压发生变化的时候更加平稳、快速跟踪的基础上，保持电压的稳定。超级电容器与蓄电池通过合适的拓扑结构连接在一起，能够为混合储能电源系统提供电压支撑，避免蓄电池的过度损耗，延长蓄电池的寿命，同时可以提高系统的可靠性，稳定输出功率；