專利名稱：一種基于電池與超級電容的超級電容端電壓控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于分布式發(fā)電供能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于電池與超級電容的超級電容端電壓控制裝置。
背景技術(shù)：
可再生能源發(fā)電技術(shù)，如光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電以其無污染、可再生、分布廣等優(yōu)點，受到了越來越多的關(guān)注。然而，可再生能源發(fā)電具有波動性大、隨機(jī)性強(qiáng)、出力變化快的特點。因此，就地配置一定容量的儲能系統(tǒng)，可以有效抑制可再生能源發(fā)電輸出功率的波動，提高電網(wǎng)接納可再生能源發(fā)電的能力。但單一電池儲能功率密度小，當(dāng)可再生能源出力波動劇烈時，電池輸出功率極易達(dá)到限幅；而單一的超級電容儲能由于能量密度小，又不能長時間供電，因此本發(fā)明提出利用電池與超級電容混合儲能系統(tǒng)對可再生能源輸出功率波 動進(jìn)行抑制，其中超級電容充分地利用其功率密度大的特點，主要負(fù)責(zé)補(bǔ)償可再生能源輸出功率中的高頻波動，有效地避免了電池輸出功率達(dá)到限幅的現(xiàn)象。目前國內(nèi)外學(xué)者提出的電池與超級電容混合儲能系統(tǒng)的控制策略主要有三種I)基于預(yù)測的計劃輸出控制方法。根據(jù)可再生能源輸出功率預(yù)測值與本地負(fù)荷預(yù)測值，以一定的時間長度為標(biāo)準(zhǔn)，以平衡該時間段內(nèi)的能量為目標(biāo)計算電池儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值，再以平衡短時間內(nèi)的功率波動為目標(biāo)計算超級電容的輸出功率參考值。2)基于濾波的平滑輸出控制方法。根據(jù)濾波原理，利用電池補(bǔ)償可再生能源輸出功率中的中低頻分量；利用超級電容補(bǔ)償可再生能源輸出功率中的高頻分量，充分地利用了超級電容功率密度大與電池能量密度大的優(yōu)點。3)在超級電容濾波控制的基礎(chǔ)上提出超級電容的管理方法。根據(jù)超級電容的端電壓對超級電容的存儲能量進(jìn)行管理，以防止超級電容端電壓越限。第一種控制策略比較依賴可再生能源出力預(yù)測與負(fù)荷預(yù)測的準(zhǔn)確性，而且所需儲能系統(tǒng)的容量一般較大，而第二種控制策略所需儲能系統(tǒng)容量較小，但平滑效果必然會受到一定的限制。而且前兩種控制策略都沒有考慮到超級電容的能量管理，超級電容極易達(dá)到其端電壓上下限而退出運行。第三種控制策略雖然考慮到了超級電容的端電壓控制，但是當(dāng)超級電容端電壓過高或過低時只是一味地減小超級電容的輸出功率，沒有區(qū)分超級電容是處在充電狀態(tài)還是處在放電放電，該方法沒有實現(xiàn)最優(yōu)的超級電容能量管理。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于電池與超級電容的超級電容端電壓控制裝置，本裝置是根據(jù)超級電容的實時剩余功率通過電能管理系統(tǒng)EMS輸出超級電容輸出功率參考值的調(diào)整比例值，以此來控制超級電容的端電壓。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案為一種基于電池與超級電容的超級電容端電壓控制裝置，包括可再生能源發(fā)電裝置、超級電容、電池、第一低通濾波器、第二低通濾波器、電能控制裝置、減法器I、減法器II、加法器I、加法器II和加法器III;所述可再生能源發(fā)電裝置的信號輸出端與第一低通濾波器的信號輸入端連接，第一低通濾波器的信號輸出端與減法器I的正輸入端連接，可再生能源發(fā)電裝置的信號輸出端與減法器I的負(fù)輸入端連接，減法器I的輸出端與加法器I的正輸入端連接；所述可再生能源發(fā)電裝置的信號輸出端與加法器III的正輸入端連接，超級電容與加法器III的正輸入端連接，加法器III的輸出端與第二低通濾波器的信號輸入端連接，第二低通濾波器的信號輸出端與減法器II的正輸入端連接，加法器III的信號輸出端與減法器II的負(fù)輸入端連接，減法器II的輸出端與加法器II的正輸入端連接；加法器I的輸出端與超級電容連接，超級電容與電能控制裝置的信號輸入端連接，電能控制裝置的信號輸出端分別與加法器I、加法器II的正輸入端連接；加法器II的輸出端與電池連接。所述第一低通濾波器和第二低通濾波器為一階巴特沃茲低通濾波器。 其中一低通濾波器的時間常數(shù)大于第二低通濾波器的時間常數(shù)。本實用新型的有益效果采用本實用新型裝置，分別利用電池與超級電容補(bǔ)償可再生能源發(fā)電系統(tǒng)輸出功率波動的中低頻分量與高頻分量，同時能夠根據(jù)超級電容的剩余功率對超級電容的輸出功率進(jìn)行修正，從而有效控制超級電容端電壓。

圖I為本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2、3為本實用新型超級電容端電壓控制效果圖。
具體實施方式
下面根據(jù)說明書附圖，詳細(xì)地介紹一下本實用新型的的技術(shù)方案。如圖I所示，一種基于電池與超級電容的超級電容端電壓控制裝置，包括可再生能源發(fā)電裝置I、超級電容2、電池3、第一低通濾波器4、第二低通濾波器5、電能控制裝置
6、減法器I、減法器II、加法器I、加法器II和加法器III ；可再生能源發(fā)電裝置I的信號輸出端與第一低通濾波器4的信號輸入端連接，第一低通濾波器4的信號輸出端與減法器I的正輸入端連接，可再生能源發(fā)電裝置I的信號輸出端與減法器I的負(fù)輸入端連接，減法器I的輸出端與加法器I的正輸入端連接；可再生能源發(fā)電裝置I的信號輸出端與加法器III的正輸入端連接，超級電容2與加法器III的正輸入端連接，加法器III的輸出端與第二低通濾波器5的信號輸入端連接，第二低通濾波器5的信號輸出端與減法器II的正輸入端連接，加法器III的信號輸出端與減法器II的負(fù)輸入端連接，減法器II的輸出端與加法器II的正輸入端連接；加法器I的輸出端與超級電容2連接，超級電容2與電能控制裝置6的信號輸入端連接，電能控制裝置6的信號輸出端分別與加法器I、加法器II的正輸入端連接；加法器II的輸出端與電池3連接。第一低通濾波器4和第二低通濾波器5為一階巴特沃茲低通濾波器。本實用新型的工作過程由于可再生能源發(fā)電裝置I具有隨機(jī)性大、間歇性強(qiáng)、出力變化快等特點，所以采用本實用新型的超級電容2和電池3實現(xiàn)對可再生能源發(fā)電裝置I補(bǔ)償，同時管理超級電容2兩端端電壓?？稍偕茉窗l(fā)電裝置I輸出的功率經(jīng)過第一低通濾波器4后與輸出功率分別作為減法器I的正負(fù)輸入信號，同時可再生能源發(fā)電裝置I輸出的功率與超級電容2的輸出功率分別作為加法器III的輸入信號，繼而通過第二低通濾波器5后與加法器III的輸出功率分別作為減法器II的正負(fù)輸入信號；超級電容2的剩余功率輸入電能控制裝置6，經(jīng)電能控制裝置6處理分別得到超級電容2和電池3的修正功率值，減法器I的輸出功率與超級電容2的修正功率值作為加法器I的輸入信號，繼而獲得超級電容的參考功率值；減法器II的輸出功率與電池的修正功率值作為加法器II的輸入信號，繼而獲得電池的參考功率值。超級電容端電壓控制效果圖如圖2、3所示，圖中實線為修改前超級電容輸出功率參考值，虛線為經(jīng)端電壓控制修正后的超級電容輸出功率參考值，
為正表示超級電容放電為負(fù)表示超級電容充電。根據(jù)本實用新型 控制裝置，當(dāng)超級電容端電壓處于高限值區(qū)時，如圖2，超級電容應(yīng)該少充多放；當(dāng)超級電容端電壓處于低限值區(qū)時，如圖3，超級電容應(yīng)該少放多充。
權(quán)利要求1.一種基于電池與超級電容的超級電容端電壓控制裝置，其特征在于包括可再生能源發(fā)電裝置(I)、超級電容(2)、電池(3)、第一低通濾波器(4)、第二低通濾波器(5)、電能控制裝置(6)、減法器I、減法器II、加法器I、加法器II和加法器III ； 所述可再生能源發(fā)電裝置(I)的信號輸出端與第一低通濾波器(4)的信號輸入端連接，第一低通濾波器(4)的信號輸出端與減法器I的正輸入端連接，可再生能源發(fā)電裝置(1)的信號輸出端與減法器I的負(fù)輸入端連接，減法器I的輸出端與加法器I的正輸入端連接； 所述可再生能源發(fā)電裝置(I)的信號輸出端與加法器III的正輸入端連接，超級電容(2)與加法器III的正輸入端連接，加法器III的輸出端與第二低通濾波器(5)的信號輸入端連接，第二低通濾波器(5)的信號輸出端與減法器II的正輸入端連接，加法器III的信號輸出端與減法器II的負(fù)輸入端連接，減法器II的輸出端與加法器II的正輸入端連接； 加法器I的輸出端與超級電容(2)連接，超級電容(2)與電能控制裝置(6)的信號輸入端連接，電能控制裝置(6)的信號輸出端分別與加法器I、加法器II的正輸入端連接；加法器II的輸出端與電池(3)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于電池與超級電容的超級電容端電壓控制裝置，其特征在于所述第一低通濾波器(4)和第二低通濾波器(5)為一階巴特沃茲低通濾波器。
專利摘要本實用新型屬于分布式發(fā)電供能技術(shù)領(lǐng)域，由于風(fēng)能與太陽能等可再生能源具有隨機(jī)性大、間歇性強(qiáng)、出力變化快等特點，因此就地配備一定容量的儲能裝置對其輸出功率波動進(jìn)行抑制將十分必要。本實用新型公開一種基于電池與超級電容的超級電容端電壓控制裝置，包括可再生能源發(fā)電裝置、超級電容、電池、第一低通濾波器、第二低通濾波器、電能控制裝置、減法器Ⅰ、減法器Ⅱ、加法器Ⅰ、加法器Ⅱ和加法器Ⅲ。分別利用電池與超級電容補(bǔ)償可再生能源輸出功率波動中的中低頻分量與高頻分量的同時，根據(jù)超級電容的剩余能量對其輸出功率進(jìn)行修正，以達(dá)到有效地控制超級電容端電壓的目的。
文檔編號H02J3/32GK202798007SQ20122036529
公開日2013年3月13日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者陳建斌, 劉智宏, 吳宇霆, 胡玉峰, 王成山, 郭力, 賈宏杰, 劉云, 許健, 吳家宏 申請人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 天津大學(xué), 北京四方繼保自動化股份有限公司