[发明专利]两级串联的超级电容与蓄电池混合储能系统及能量吸收与释放的方法

摘要

本发明提供一种两级串联结构的超级电容与蓄电池混合储能系统，包括与外部系统直流母线连接的第一开关和第一电感；连接在第一开关和第一电感之后的前级双向升降压变换电路；连接在前级双向升降压变换电路之后直流母线之间的超级电容；与超级电容串联的第四开关和预充电电路；连接在超级电容之后直流母线之间的后级双向升降压变换电路；连接在后级双向升降压变换电路之后直流母线之间的蓄电池，以及与蓄电池相互串联的第二开关和第二电感。超级电容置于蓄电池之前，通过合理控制可以吸收和释放频繁出现的瞬时大功率，一方面提高系统调控速度和性能，另外一方面减少蓄电池的大电流充放与充放电次数，提高蓄电池使用寿命。

主权项

1.利用两级串联结构的超级电容与蓄电池混合储能系统实现的能量吸收与释放的方法，其特征在于：两级串联结构的超级电容与蓄电池混合储能系统包括：与外部系统直流母线连接的第一开关K1和第一电感L1；连接在第一开关K1和第一电感L1之后的前级双向升降压变换电路；连接在前级双向升降压变换电路之后直流母线之间的超级电容C；与超级电容C串联的第四开关K4和预充电电路；连接在超级电容C之后直流母线之间的后级双向升降压变换电路；连接在后级双向升降压变换电路之后直流母线之间的蓄电池B，以及与蓄电池B相互串联的第二开关K2和第二电感L2；所述的前级双向升降压变换电路由第一电力电子器件S1和第二电力电子器件S2构成；所述的后级双向升降压变换电路由第三电力电子器件S₃和第四电力电子器件S₄构成；本方法包括以下步骤：当本系统处于能量吸收状态时：1）当外部系统直流母线产生能量回馈时，若有瞬间浪涌电流的冲击，直接通过第二电力电子器件S2对超级电容C进行充电；2）当浪涌结束后或者充电过程不存在浪涌电流的冲击，对第二电力电子器件S₂进行PWM控制，使得前级双向升降压变换电路工作在升压状态，对能量进行吸收；后级双向升降压变换电路则通过PWM控制第三电力电子器件S₃构成降压电路，向蓄电池充电； 3）在充电控制结束时，若超级电容C的电压高于额定值，后级双向升降压变换电路持续通过PWM控制第三电力电子器件S₃构成降压电路，直到超级电容C的电压恢复到额定值，为接受下一次能量吸收做好准备；当本系统处于能量释放状态时：1）当直流母线出现瞬间的大功率缺口时，控制第一电力电子器S₁完成超级电容C向外部系统直流母线的瞬间大电流能量输送；2）当补偿大电流缺口结束或者放电过程不存在大电流缺口时，对第一电力电子器件S₁进行PWM控制，使得前级双向升降压变换电路工作在降压状态，输出放电电流；后级双向升降压变换电路通过PWM控制第四电力电子器件S₄构成升压电路，维持超级电容C的电压；3）在放电控制结束时，若超级电容C的电压低于额定值，后级双向升降压变换电路通过PWM控制第四电力电子器件S₄构成升压电路，直到超级电容C的电压恢复到额定值，为接受下一次能量回馈做好准备。