蓄电池与超级电容混合储能系统的控制策略_张纯江
《蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法研究》范文
《蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法研究》篇一一、引言随着现代能源技术的飞速发展，蓄电池与超级电容混合储能系统因其高效率、高功率密度以及在能量储存与释放上的优异性能，已成为多种电力系统和可再生能源系统中重要的能量存储设备。
然而，目前对于这一系统的研究还面临效率的瓶颈，亟待解决。
本论文针对这一问题，展开对蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法的研究。
二、混合储能系统概述蓄电池和超级电容是混合储能系统的两个主要组成部分。
其中，蓄电池以长期、稳定的方式储存能量，而超级电容则具有高功率密度、快速充放电的特点。
这一系统主要用于电网负荷平抑、电力系统调度优化等场合。
但由于电力设备之间的运行参数不同、操作复杂性高、内部损失和外部环境的影响等问题，如何有效提高系统的效率，是一个急需解决的课题。
三、混合储能系统效率提升方法针对混合储能系统存在的问题，我们提出了以下几种效率提升方法：（一）优化电源管理策略优化电源管理策略是实现系统高效运行的重要方法之一。
包括合理的能源调度算法、合理的电池与超级电容间的功率分配算法等。
对于复杂且不稳定的能源管理系统，需要通过模型预测控制和数据挖掘等方法进行深入研究。
我们应合理设置参数和条件，优化能量管理和充放电过程，减少系统的能源浪费。
（二）硬件设计与改良对于硬件设备的改进，可以着眼于减少电阻损失和改进材料。
比如对电池进行新型材料的改进和升级，增强其性能并减少能量损失；同时优化超级电容的内部结构，提高其功率密度和充放电效率。
此外，对于电池和超级电容的连接方式、散热设计等也需要进行合理设计，以提高整体效率。
（三）控制算法优化在控制算法方面，可以通过智能控制策略的引入和应用来提高系统的运行效率。
例如采用智能的神经网络控制和自适应控制技术，可以根据不同情况和实际需要动态调整参数和控制策略，从而提高系统对环境变化的适应性，提升效率。
四、实例分析与应用以下我们通过实际项目对提出的几种效率提升方法进行实例分析和应用验证。
《蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法研究》范文
《蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法研究》篇一一、引言随着可再生能源和电动汽车的快速发展，混合储能系统因其能结合不同储能元件的优势，日益受到广泛关注。
蓄电池和超级电容组成的混合储能系统是其中一种典型的应用。
这种系统能够通过蓄电池提供长时间、稳定的能量供应，同时利用超级电容快速响应的特性来应对短时间内的能量需求变化。
然而，混合储能系统的效率问题一直是研究的重点和难点。
本文旨在研究蓄电池-超级电容混合储能系统的效率提升方法，为实际应用提供理论支持。
二、混合储能系统的工作原理混合储能系统由蓄电池和超级电容组成，它们各自的工作原理有所不同。
蓄电池利用电化学原理储存电能，能提供稳定的电压输出，适合长时间的能量储存。
而超级电容则通过极化效应来储存能量，响应速度快，能够迅速应对能量需求的变化。
三、混合储能系统效率提升的必要性混合储能系统的效率直接影响到系统的性能和寿命。
在实际应用中，由于各种因素的影响，如系统内部的能量损耗、外界环境的干扰等，使得混合储能系统的效率难以达到理想状态。
因此，研究如何提升混合储能系统的效率，具有重要的实际意义。
四、蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法（一）优化控制策略优化控制策略是提升混合储能系统效率的关键方法之一。
通过合理的控制策略，能够使蓄电池和超级电容在不同工作状态下各自发挥优势，实现能量的最优分配。
例如，在需要快速响应的场合下，优先使用超级电容进行能量供应；在需要长时间稳定供电的场合下，则更多地利用蓄电池。
（二）改进电池管理系统电池管理系统对混合储能系统的效率也有重要影响。
通过改进电池管理系统，可以实时监测蓄电池和超级电容的状态，包括电压、电流、温度等参数，从而实现对能量的精确控制。
此外，电池管理系统还可以通过智能算法预测电池的寿命和性能，以便提前进行维护和更换。
（三）引入智能控制算法引入智能控制算法也是提升混合储能系统效率的有效方法。
智能控制算法可以基于传感器数据和实时运行数据进行分析和决策，自动调整蓄电池和超级电容的充放电状态，以实现能量的最优分配。
《蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法研究》范文
《蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法研究》篇一一、引言随着科技的发展和环境保护意识的提高，混合储能系统在电力、交通、能源等领域的应用越来越广泛。
蓄电池与超级电容的混合储能系统，因其能够有效地解决单一储能系统在能量密度、功率密度、充放电速度等方面的局限性，而受到广泛关注。
然而，如何提高混合储能系统的效率，使其在实际应用中发挥更大的作用，仍是一个亟待解决的问题。
本文将针对蓄电池-超级电容混合储能系统的效率提升方法进行研究，并提出一些可能的解决方案。
二、混合储能系统概述混合储能系统通常由蓄电池和超级电容两部分组成。
蓄电池具有高能量密度，可长时间储存能量；而超级电容具有高功率密度，能够快速充放电。
这两种储能元件的有机结合，可以有效地满足不同应用场景的需求。
然而，混合储能系统的效率受到多种因素的影响，如系统设计、管理策略、环境条件等。
三、影响混合储能系统效率的因素1. 系统设计：合理的系统设计是提高混合储能系统效率的基础。
这包括选择合适的蓄电池和超级电容类型、确定合适的容量配置、优化系统的电路结构等。
2. 管理策略：混合储能系统的管理策略对效率也有重要影响。
包括充放电策略、能量分配策略、系统故障处理策略等。
3. 环境条件：环境温度、湿度等条件也会影响混合储能系统的效率。
四、蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法1. 优化系统设计：通过改进电路结构、优化容量配置等方式，提高混合储能系统的整体性能。
例如，可以采用模块化设计，方便系统的维护和升级。
2. 智能管理策略：采用先进的控制算法和人工智能技术，制定合理的充放电策略和能量分配策略。
例如，可以通过预测电力需求，提前进行能量分配，避免在高峰期出现电力不足或浪费的情况。
3. 温度控制：通过控制环境温度，减少温度对混合储能系统效率的影响。
例如，可以采用热管理技术，保持蓄电池和超级电容在最佳工作温度范围内。
4. 故障诊断与维护：通过实时监测和诊断系统的运行状态，及时发现并处理故障，保证系统的稳定运行。
《蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法研究》
《蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法研究》篇一一、引言随着能源危机和环境污染问题的日益严重，新能源汽车、可再生能源并网等领域的快速发展，对储能系统的性能要求也越来越高。
蓄电池与超级电容组成的混合储能系统因其具有快速响应、高能量密度、高功率密度等优点，被广泛应用于电动汽车、风力发电、太阳能发电等领域。
然而，如何提高混合储能系统的效率一直是研究的热点和难点。
本文旨在研究蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升的方法，以期为相关领域的研究和应用提供理论支持和实践指导。
二、混合储能系统概述混合储能系统主要由蓄电池和超级电容两部分组成。
蓄电池具有高能量密度、长寿命等优点，适合为系统提供持续的能量支持；而超级电容具有高功率密度、快速充放电等优点，适合为系统提供瞬时大功率支持。
二者相互补充，共同构成了高效的混合储能系统。
三、混合储能系统效率提升的必要性混合储能系统效率的提升对于提高整个系统的性能具有重要意义。
首先，提高效率可以降低系统运行过程中的能量损耗，提高能量的利用率；其次，提高效率可以延长蓄电池和超级电容的使用寿命，降低维护成本；最后，提高效率可以更好地满足系统对快速响应和高能量密度的需求，从而提高系统的整体性能。
四、蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法（一）优化控制策略通过优化控制策略，实现蓄电池和超级电容之间的协同工作，以达到最佳的工作效果。
具体包括：根据系统的实际需求，合理分配蓄电池和超级电容的充放电功率；采用先进的控制算法，如模糊控制、神经网络控制等，实现系统的智能控制；通过实时监测系统的运行状态，调整控制策略，以适应不同的工作场景。
（二）改进材料技术通过改进蓄电池和超级电容的材料技术，提高其性能，从而提升混合储能系统的效率。
例如，开发高能量密度、长寿命的蓄电池材料；研究具有高比电容、高循环稳定性的超级电容材料；通过纳米技术、表面改性等技术手段，提高材料的性能。
（三）系统集成与优化通过优化系统的集成设计，提高混合储能系统的整体性能。
风光互补发电蓄电池超级电容器混合储能研究
风光互补发电蓄电池超级电容器混合储能研究1. 本文概述随着全球能源需求的不断增长和环境保护的日益重视，可再生能源的开发和利用成为当前研究的热点。
风光互补发电系统作为一种新型的可再生能源发电方式，具有广泛的应用前景。
由于风能和太阳能的波动性和间歇性，风光互补发电系统的输出功率存在不稳定性和不可预测性，这给电力系统的稳定运行带来了挑战。
为了解决这一问题，本文提出了一种基于蓄电池和超级电容器的混合储能系统，以平滑风光互补发电系统的输出功率，提高系统的稳定性和效率。
本文首先介绍了风光互补发电系统和混合储能系统的基本原理和结构，然后分析了混合储能系统的控制策略和运行模式，最后通过仿真实验验证了混合储能系统的有效性和可行性。
本文的研究结果为风光互补发电系统的稳定运行和优化设计提供了一种新的思路和方法。
2. 风光互补发电系统概述风光互补发电系统是一种结合了风力发电和太阳能发电的能源供应系统。
该系统通过整合风力发电机和太阳能电池板，实现了对自然资源的最大化利用。
在日照充足但风力较弱的时候，太阳能电池板能够产生电能而在风力强劲但日照不足的情况下，风力发电机则能够发挥作用。
风光互补发电系统可以在不同自然条件下稳定运行，提供持续、可靠的电力供应。
风光互补发电系统的优点在于其能够克服单一能源发电的局限性，提高能源利用率。
同时，该系统还具有环保、节能、可再生等特点，符合当前社会对可持续能源的需求。
随着技术的不断发展，风光互补发电系统的成本逐渐降低，使得其在多个领域得到了广泛应用。
在风光互补发电系统中，蓄电池和超级电容器作为重要的储能元件，发挥着至关重要的作用。
蓄电池具有较大的能量密度，能够存储较多的电能，但充放电速度较慢而超级电容器则具有快速充放电的特性，能够在短时间内提供大量的电能。
通过将蓄电池和超级电容器混合使用，可以实现优势互补，提高储能系统的整体性能。
对风光互补发电蓄电池超级电容器混合储能的研究具有重要意义。
通过对该系统的深入研究，可以进一步提高风光互补发电系统的能源利用效率，推动可再生能源的发展和应用。
基于成本分析的超级电容器和蓄电池混合储能优化配置方案
基于成本分析的超级电容器和蓄电池混合储能优化配置方案一、本文概述Overview of this article随着能源需求的日益增长和可再生能源的大规模接入，储能系统在电力系统中的作用日益凸显。
作为储能系统的核心组成部分，超级电容器和蓄电池的性能优化和配置问题一直是研究的热点。
本文旨在通过分析超级电容器和蓄电池的成本特性，提出一种基于成本分析的混合储能优化配置方案，以期在提高储能系统经济效益的保障电力系统的稳定运行。
With the increasing demand for energy and the large-scale integration of renewable energy, the role of energy storage systems in the power system is becoming increasingly prominent. As a core component of energy storage systems, the performance optimization and configuration of supercapacitors and batteries have always been a hot research topic. This article aims to propose a hybrid energy storage optimization configuration scheme based on cost analysis by analyzing thecost characteristics of supercapacitors and batteries, in order to improve the economic benefits of energy storage systems and ensure the stable operation of power systems.本文首先将对超级电容器和蓄电池的工作原理、性能特点以及成本构成进行详细介绍，以便为后续的成本分析和优化配置提供基础。
蓄电池与超级电容混合储能系统的控制策略
蓄电池与超级电容混合储能系统的控制策略张纯江;董杰;刘君;贲冰【摘要】在分布式发电系统中,储能系统要同时具备高功率密度和高能量密度的特点,单种储能元件往往难以达到这个要求,蓄电池与超级电容在性能上具有很强的互补性.本文将蓄电池与超级电容分别通过双向半桥变换器连接到直流母线上构成混合储能系统,蓄电池稳定直流母线电压以维持母线上能量供需平衡,超级电容迅速提供负载波动功率高频分量,抑制负载突变对直流母线造成的冲击.分析了负载功率高频分量的检测方法,建立了双向半桥变换器的数学模型和四种模式下的控制策略.利用DSP实现储能系统的综合控制,通过仿真和实验验证了系统控制策略的有效性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2014(029)004【总页数】7页(P334-340)【关键词】混合储能系统;蓄电池;超级电容;双向半桥变换器【作者】张纯江;董杰;刘君;贲冰【作者单位】燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室秦皇岛066004;燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室秦皇岛 066004;燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室秦皇岛 066004;燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室秦皇岛 066004【正文语种】中文【中图分类】TM6141 引言可再生能源的大量利用不仅能缓解目前的能源危机，同时也能大大减少污染物的排放，能够取得比较好的节能减排效益[1]。
可再生能源发电单元存在着发电量不稳等一些缺点，因此储能系统已经成了以太阳能、风能等为主要能量来源的分布式发电系统的重要环节，具有重要的研究意义[2,3]。
蓄电池在储能设备中得到广泛应用，其能量密度较大，符合分布式发电对能量密度的要求[4]。
但是受电化学反应速率的限制，蓄电池地功率密度比较小，当负载功率突变时，不能快速的吸收或释放目标功率，较难满足系统的动态要求。
超级电容充放电时内部发生的是物理变化，具有功率密度大的特点，可以在短时间内提供较大功率，为其他设备提供缓冲，但是能量密度比较低，因此超级电容与蓄电池在性能上有较强的互补性，常将这两种储能元件通过一定的方式连接构成混合储能系统[5-10]，充分发挥两者的优点使系统获得更好的性能，这也是本文的出发点。
《蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法研究》
《蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法研究》篇一一、引言随着能源需求的日益增长和环境保护意识的提高，混合储能系统在电力、交通、工业等领域的应用越来越广泛。
蓄电池与超级电容的混合储能系统因其具有快速响应、高能量密度、长寿命等优点，在能源存储领域得到了广泛关注。
然而，如何提高混合储能系统的效率，减少能量损失，是当前研究的重点。
本文将就蓄电池-超级电容混合储能系统效率提升方法进行研究，以期为相关领域的研究与应用提供参考。
二、混合储能系统概述混合储能系统主要由蓄电池和超级电容组成。
蓄电池具有较高的能量密度，能够为系统提供长时间的能量支持；而超级电容具有快速充放电、寿命长等优点，能够在短时间内快速响应系统需求。
两种储能元件的有机结合，可以充分发挥各自的优势，提高系统的整体性能。
三、效率提升方法研究1. 优化储能系统结构设计针对混合储能系统的结构进行优化设计，可以提高系统的能量利用率和响应速度。
例如，通过合理布置蓄电池和超级电容的容量比例、优化连接方式等手段，使系统在满足需求的同时，降低能量损失。
此外，采用先进的热管理技术，确保系统在运行过程中的温度控制，也是提高效率的重要手段。
2. 智能控制策略研究智能控制策略是提高混合储能系统效率的关键。
通过引入先进的控制算法，如模糊控制、神经网络等，实现对系统充放电过程的精确控制。
同时，根据系统的实际运行状态，如功率需求、电池状态等，进行智能调度，使系统始终处于最优工作状态。
此外，采用预测控制技术，对未来一段时间内的能源需求进行预测，提前进行充放电调度，也能有效提高系统的效率。
3. 维护与修复技术的研究对蓄电池和超级电容进行定期维护与修复，可以延长其使用寿命，减少因设备老化导致的能量损失。
例如，采用先进的电池管理系统（BMS），实时监测电池的状态，包括电压、电流、温度等参数，及时发现并处理异常情况。
此外，针对电池的容量衰减问题，研究开发有效的修复技术，如脉冲充电、电池活化等手段，使电池性能得到恢复。
蓄电池与超级电容器混合储能在风光互补微网中的控制-最新年精选文档
蓄电池与超级电容器混合储能在风光互补微网中的控制一、前言近年来，随着能源危机与环境污染日益严峻，太阳能、风能等分布式可再生能源以其?Y源丰富、污染小等优点将在未来能源格局中扮演重要角色。
由于太阳能、风能等的随机性和波动性，储能系统是必不可少的，超级电容器和蓄电池混合储能系统综合了功率型储能元件和能量型储能元件的优势，避免了单一储能技术的不足，是储能技术的重要发展方向之一。
二、超级电容器和蓄电池混合储能概述混合动力储能技术是储能技术的一个重要发展方向。
它结合了动力型储能装置和能源储能装置的优点，在新能源生产中具有很强的实用性。
作为能量型储能器件，电池具有能量密度高，电能长期储存等特点，但其功率密度小，充放电效率低，循环寿命短权力和频繁的充电和放电。
作为动力型储能装置，超级电容器具有功率密度大，充放电速度快，储能效率高，循环寿命长的特点，能够有效抑制系统中的短时能量波动和瞬态能源系统平稳，但能源密度不均衡。
在超级电容器和电池之间使用混合能量储存可以将电池的能量密度与超级电容器的功率密度相结合，并且成功地解决了单独使用电池储能和超级电容器储能的缺点。
国内外许多专家提出使用超级电容器和电池混合系统来解决微电网可再生能源发电不稳定的问题。
应用于微电网的混合储能结构图如图1所示。
三、蓄电池与超级电容器混合储能在风光互补微网中的控制（一）风光互补微网基本结构图2显示了一个典型的风光互补微电网结构。
主要组成部分为：异步风力发电机组（主要由风力发电机组，变速器，异步发电机和变桨控制系统组成），光伏单元（主要由光伏阵列，BOOST 电路，LC滤波器及其控制系统组成），一个储能单元（由超级电容器和电池组成的混合储能系统）和负载。
同时，微电网通过公共连接点上的静态开关连接到配电网。
光伏单元和风能单元参与了最大功率点控制问题，本文将不再详细描述，并着重讨论微电网系统中储能单元的控制策略。
混合储能系统单元的存在增加了微电网系统的惯性：当微电网系统连接到电网时，该单元负责吸收系统中用于储存的多余能量；当它独立运行时，该单元可以改善系统的动态，响应速度和运行稳定性。
一种超级电容器—蓄电池混合储能系统控制方法
时变 化 的 ，会 对 控 制 系统 产 生 不 良影 响 。 因 此 ，
０ 引 言
蓄 电池储 能 有 能 量 密度 大 、运 行 维 护 简 便 等 优 点 ，已经 广泛 应用 于 分 布 式 发 电 系统 和 Ｕ Ｓ电 Ｐ
设 计 了 以 Ｂ ｏｔ 率变换 器 作为 并联 控制 器 的超级 ｏｓ 功 电容器 一 蓄 电池 混 合 储 能 系 统 ，为 消 除 超 级 电容 器 组端 电压 变 化 对 系 统 地 不 良影 响 ，提 出 了一 种
优 点 ，并可 以优 化 蓄 电 池 的 工 作 环 境 ，适 用 于 瞬 接 端 电压不 同 的两 种 储 能 元 件 ，并 优 化 蓄 电池 的 时功率 大 、平 均 功 率 相 对 较 低 的波 动 性 负 载 工 作 放 电电流 。 场合 。 目前 ，超级 电容 器 和 蓄 电池 的并 联 方式 可 这里 采 用恒 定 电压 源 和 电阻 串联 作 为 蓄 电池 分为 以下 三种 ：直 接 并 联 、通 过 电感 器 并 联 和通 模 型 ，采 用 理想 电容 和 内阻 串联 作 为 超 级 电容器 过功 率变 换器 并 联 ，与 前 两 者 相 比 ，通 过 功 率 变 模 型 ，用 等效 负 载 尺表 示 储 能 系统 实 际负 载 和稳 换器 并 联 在 控 制 上 有 着 更 大 的 灵 活 性 。 文 献 压 电路部 分 ，建立 储 能系 统 的模 型 如 图 １所示 。 设 Ｂ ｏｔ ｏｓ 变换 器 工作 在 电流连 续状 态 ，以 电感 ［ ］ ６ 中 ，采 用 Ｂ ｃ ５ 、［ ］ ｕｋ型功 率变 换 电路 作 为并
第 ２ 第 １ ７卷 期
２１ ０ １年 １月
电
力
科
学
与
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，
充分发挥两者的优点使系统获得更好的性能，这也
2
储能系统结构与工作原理分析
将蓄电池和超级电容分别通过双向半桥接到直
（ 2）
流母线上构成混合储能系统，此变换器是目前在光 伏发电储能系统中应用最广泛的一种双向变换器。 为了简化分析，假定分布式系统能量来源仅来自光 伏电池，则系统的简化结构如图 1 所示，直流母线 可认为是光伏发电单元、负载、储能系统三者的公 共接点，把分布式发电系统中的直流负载、独立运 行逆变器、并网运行逆变器统称为直流母线的负载。
power density and high energy density simultaneously. Single kind of energy storage device is hard to meet the requirements. Hybrid energy storage system (HESS) is a good solution for this problem. Battery and ultracapacitor can complement each other in performance, and they are connected to DC bus by a corresponding bidirectional half-bridge converter in the paper. The battery maintains the voltage stability of the DC bus. The ultracapacitor provides the high-frequency components of all load of the DC bus to mitigate the impact when load changes. The detection method of the high frequency components of the load power is analyzed. The mathematical model of bidirectional half bridge converter and four kinds of mode control strategies are established. DSP is used to realize the integrated control of the energy storage system. The effectiveness of the control strategies is verified by the results of software simulation and experiments. Keywords ： Hybrid energy storage system, battery, ultracapacitor, bidirectional half-bridge converter
2014 年 4 月 第 29 卷第 4 期
电 工 技 术 学 报
TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY
Vol.29 Apr.
No. 4 2014
蓄电池与超级电容混合储能系统的控制策略
张纯江 董 杰 刘 君 贲 冰
秦皇岛 066004） （燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室 摘要
改稿日期 2013-05-23
国家自然科学基金（ 51077113 ）， 河北高校科学技术研究重点项 目 （ ZH2012053 ） 和 河 北 省 自 然科 学 基 金 （ E2013203380 ） 资 助项 目。 收稿日期 2012-09-20
度较大，符合分布式发电对能量密度的要求 [4] 。但
[5-10]
突变造成的对蓄电池的冲击，降低对蓄电池功率密 度的要求，提高系统的动态响应。同时蓄电池可以 更好地稳定直流母线电压，其充放电电流变化速率 也得到了降低，蓄电池的工况有了很好地改善，这 能减少蓄电池的损伤，延长蓄电池的使用寿命。 对于负载功率高频分量的检测，采用单极点高 通滤波器即可以实现，且控制相对简单，数字化实 现方便。 设 Pscref 为负载突变时超级电容的高频功率 给定量，则单极点高通滤波器的通用表达式为
Gu2 d ( s ) ˆ2 (s) u ˆ ( s) d
ˆL ( s) i ˆ (s) d
ˆ1 0 u
u1 LCs rCs 1
u1Cs LCs rCs 1
2
2
（ 11 ）
GiL d ( s )
ˆ1 0 u
（ 12 ）
3
3.1
系统主电路与控制策略分析
双向半桥变换器两种模式下的数学模型 将蓄电池和超级电容都等效为理想电容及一个 3.2
（ 4）
此时超级电容放电电流应该为
I sc Pscref Vsc
（ 5）
图1 Fig.1
简化的分布式发电系统结构 generation system
当负载突减时，经过滤波得出的 Pscref 为负值， 即此时超级电容应该吸收功率
Psc Vsc I sc Pscref
simplified structure of distributed power
1
引言
可再生能源的大量利用不仅能缓解目前的能源
危机，同时也能大大减少污染物的排放，能够取得 比较好的节能减排效益 [1] 。可再生能源发电单元存 在着发电量不稳等一些缺点，因此储能系统已经成 了以太阳能、风能等为主要能量来源的分布式发电 系统的重要环节，具有重要的研究意义 [2,3] 。 蓄电池在储能设备中得到广泛应用，其能量密
Control principle diagram of the HESS
控制器 1 采集蓄电池充放电电流和直流母线电 压，并根据给定的直流母线电压值控制双向变换器 工作于单端稳压模式，稳定直流母线的电压。控制 器 2 采集超级电容端压和充放电电流，根据负载功 率高频分量检测环节的高频功率信号，得出超级电 容实时充放电电流值的大小，以实现超级电容充放 电功率的控制，提供或吸收突变功率的高频部分， 给蓄电池提供缓冲。控制器 3 工作在负载功率波动 值小于设定阈值时，采集超级电容电流和端压，根 据设定的超级电容端压参考值 Vscref 进行恒压限流 充电，这能使超级电容的电压时刻维持在设定值， 为下一次负载突变做准备。控制器 4 运行在蓄电池 过放时，蓄电池已经不能在维持母线电压稳定，应 断开负载，对蓄电池进行充电，采集蓄电池电压和 电流，进行恒压限流充电。
ˆ (s) i G iL d ( s ) L ˆ (s) d
ˆ2 0 u
（ 9）
ˆ1 ( s ) u ˆL ( s ) i D 2 ( Ls r ) / RL D(C1s 2 / RL )
Z ( s)
ˆ2 ( s ) 0 u
（，设 d 为 S 2 的开 关函数，可以得到其小信号模型为
图3 Fig.3
双向半桥变换器电路结构图 Fig.4
在负载突增或突减时，通过式（ 5 ）和式（ 7 ） 计算结果来控制超级电容的充放电电流来实现其功 率的控制。 在整个混合储能系统运行过程中，其控制原理 图如图 2 所示。蓄电池和超级电容分别通过一个双 向变换器连接到直流母线上，为了实现系统功能， 混合储能系统的控制中设计了四个控制器。
336
电 工 技 术 学 报
设超级电容所连接的双向变换器效率为 ， Vsc 和 I sc 分别为超级电容端压和电流， 对于超级电容本 身的充放电功率 Psc 有
Psc Vsc I sc
（ 3）
当负载突增时，经滤波得出的超级电容功率给 定 Pscref 为正值，即此时超级电容应该释放功率
Psc Vsc I sc
Pscref
在分布式发电系统中，储能系统要同时具备高功率密度和高能量密度的特点，单种储
能元件往往难以达到这个要求，蓄电池与超级电容在性能上具有很强的互补性。本文将蓄电池与 超级电容分别通过双向半桥变换器连接到直流母线上构成混合储能系统，蓄电池稳定直流母线电 压以维持母线上能量供需平衡，超级电容迅速提供负载波动功率高频分量，抑制负载突变对直流 母线造成的冲击。分析了负载功率高频分量的检测方法，建立了双向半桥变换器的数学模型和四 种模式下的控制策略。利用 DSP 实现储能系统的综合控制，通过仿真和实验验证了系统控制策略 的有效性。 关键词： 混合储能系统 中图分类号： TM614 蓄电池 超级电容 双向半桥变换器
设 Pload、 Pbat、 Psc 、 Ppv 分别为负载、蓄电池、 超级电容以及光伏电池的功率，则有
Pload Pbat Psc Ppv
（ 6）
则此时超级电容的充电电流大小为 （ 1）
I sc Pscref Vsc
（ 7）
蓄电池在系统中的作用通常是维持母线上能量 的功率平衡，在负载功率突变的时刻，光伏电池的 功率可认为不变的，这要求蓄电池迅速的改变其充 放电功率以满足负载要求。但蓄电池功率密度小的 特点决定了蓄电池难以满足要求。 此时如果超级电容来提供负载功率突变部分（即 负载功率的高频分量） ， 这样蓄电池就只需要提供负 载功率变化的低频分量。这样可以极大地削减负载
Ls r u1 D RL D L r LC1s 2 rC s D2 RL RL
G u1d ( s )
ˆ1 ( s ) u ˆ (s) d
ˆ2 0 u
图2 Fig.2
混合储能系统控制原理图
（ 8）
2 u1 C1s R L L r rC1 s D2 LC1s 2 R R L L
双向半桥变换器四种模式下的控制策略 在变换器处于 Boost 单端稳压模式时，负载 RL