分布式發(fā)電系統(tǒng)中二元混合儲(chǔ)能裝置及分布式發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及分布式發(fā)電系統(tǒng)中二元混合儲(chǔ)能裝置及分布式發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著煤、石油等傳統(tǒng)不可再生能源的日益枯竭，各國(guó)均在大力開發(fā)太陽能、風(fēng)能、海洋能等環(huán)境友好型可再生能源，意在擴(kuò)展可利用的能源形式，緩解日益增長(zhǎng)的能源問題。
[0003]但是太陽能、風(fēng)能、海洋能等可再生能源的能量具有隨機(jī)性、波動(dòng)性等特性，造成風(fēng)、光等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率具有較大的隨機(jī)性，其會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量、調(diào)度規(guī)劃及電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行?？梢姡瑢?duì)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率進(jìn)行平抑，達(dá)到并網(wǎng)的要求指標(biāo)，是可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0004]由于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的隨機(jī)性、波動(dòng)性，需要儲(chǔ)能系統(tǒng)既具有高能量密度又具有高功率密度及較長(zhǎng)的循環(huán)壽命。但是目前的儲(chǔ)能技術(shù)，沒有集這三種特性于一身的單一儲(chǔ)能裝置，目前的技術(shù)條件下，需采用混合儲(chǔ)能技術(shù)，超級(jí)電容器和蓄電池的搭配較為合理。超級(jí)電容器和蓄電池的效率較高，且超級(jí)電容器功率密度高、能量密度較低，而蓄電池能量密度高、功率密度較低，能夠?qū)崿F(xiàn)互補(bǔ)，將超級(jí)電容器、蓄電池混合儲(chǔ)能會(huì)有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0005]在中國(guó)專利CN102751790A公開了一種基于太陽能光伏系統(tǒng)中超級(jí)電容混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其中，超級(jí)電容器通過雙向DC/DC斬波器與蓄電池串聯(lián)的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)弱光充電、對(duì)超級(jí)電器充電過程進(jìn)行控制，但不能對(duì)超級(jí)電容器的放電過程進(jìn)行控制；當(dāng)直流母線電流大于超級(jí)電容器的最大允許充電電流時(shí)，對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的大電流充電，對(duì)超級(jí)電容器性能會(huì)產(chǎn)生較大的影響。
[0006]在中國(guó)專利CN201887525U公開了一種光伏發(fā)電系統(tǒng)的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其中，斬波電路DC/DC1高壓側(cè)直接與光伏發(fā)電系統(tǒng)直流母線連接，低壓側(cè)連接蓄電池組，第一升壓電路DC/DC2的低壓側(cè)連接電池組，高壓側(cè)連接超級(jí)電容器組，第二升壓電路DC/DC3的低壓側(cè)連接超級(jí)電容器組，高壓側(cè)直接接入光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流母線。這種結(jié)構(gòu)雖然可以通過各個(gè)DC/DC變換電路控制蓄電池組、超級(jí)電容器組的充放電實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電不平衡問題，但是當(dāng)長(zhǎng)期光照不足，不能滿足負(fù)荷需求時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的較小的功率雖然可以通過DC/DC1對(duì)蓄電池充電，但由于沒有能量緩沖，會(huì)對(duì)對(duì)蓄電池的壽命等有一定的影響。同樣當(dāng)直流母線電流大于蓄電池組的最大允許充電電流時(shí)，對(duì)蓄電池組進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的大電流充電，對(duì)蓄電池組的性能會(huì)產(chǎn)生較大的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了分布式發(fā)電系統(tǒng)中二元混合儲(chǔ)能裝置及分布式發(fā)電系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)分布電源發(fā)電量不足，不能滿足負(fù)荷需求時(shí)，發(fā)電系統(tǒng)輸出較小功率直接對(duì)蓄電池充電降低蓄電池使用壽命的問題。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的分布式發(fā)電系統(tǒng)中二元混合儲(chǔ)能轉(zhuǎn)置包括:第一雙向DC/DC變換器、第二雙向DC/DC變換器、第二 Boost電路、超級(jí)電容器組、蓄電池組和控制裝置，所述第一雙向DC/DC變換器與超級(jí)電容器組連接，第二雙向DC/DC變換器與蓄電池組連接，所述超級(jí)電容器組與蓄電池組之間通過第二 Boost電路連接，控制裝置控制連接第一雙向DC/DC變換器、第二雙向DC/DC變換器和第二 Boost電路。
[0009]所述第一雙向DC/DC變換器包括第一 IGBT、第一二極管、第二 IGBT、第二二極管、第一電感和第一電容組成，第一 IGBT的發(fā)射極與第二 IGBT的集電極連接，第一二極管的正極與第一 IGBT的發(fā)射極連接，第一二極管的負(fù)極與第一 IGBT的集電極連接，第二二極管的正極與第二 IGBT的發(fā)射極連接，第二二極管的負(fù)極與第二 IGBT的集電極連接，第一電容連接在第一 IGBT的集電極與第二 IGBT的發(fā)射極之間，第一電感一端連接在第一 IGBT與第二IGBT的串聯(lián)點(diǎn)上，另一端與超級(jí)電容器組的正極連接，超級(jí)電容器組的負(fù)極與第二 IGBT的發(fā)射極連接；所述第二雙向DC/DC變換器包括第三IGBT、第三二極管、第四IGBT、第四二極管、第二電感和第二電容組成，第三IGBT的發(fā)射極與第四IGBT的集電極連接，第三二極管的正極與第三IGBT的發(fā)射極連接，第三二極管的負(fù)極與第三IGBT的集電極連接，第四二極管的正極與第四IGBT的發(fā)射極連接，第四二極管的負(fù)極與第四IGBT的集電極連接，第二電容連接在第三IGBT的集電極與第四IGBT的發(fā)射極之間，第二電感一端連接在第三IGBT與第四IGBT的串聯(lián)點(diǎn)上，另一端與蓄電池組的正極連接，蓄電池組的負(fù)極與第四IGBT的發(fā)射極連接。
[0010]所述第二 Boost電路包括第五二極管、第三電感、第五IGBT和第六二極管，第六二極管的正極與第五IGBT的發(fā)射極連接，第六二極管的負(fù)極與第五IGBT的集電極連接，第三電感一端與第五IGBT的集電極連接，另一端與超級(jí)電容器組的正極連接，第五二極管的正極與第五IGBT的集電極連接，負(fù)極與蓄電池組的正極連接，第五IGBT的發(fā)射機(jī)與蓄電池組的負(fù)極連接。
[0011 ] 所述超級(jí)電容器組包括至少兩個(gè)超級(jí)電容器小組，每個(gè)超級(jí)電容器小組之間設(shè)有用于使各超級(jí)電容器小組串聯(lián)時(shí)導(dǎo)通的開關(guān)或開關(guān)管；每個(gè)超級(jí)電容器小組的正極與其他超級(jí)電容器小組正極之間分別設(shè)有用于使各超級(jí)電容器小組并聯(lián)時(shí)導(dǎo)通的開關(guān)或開關(guān)管；每個(gè)超級(jí)電容器小組的負(fù)極與其他超級(jí)電容器小組負(fù)極之間分別設(shè)有用于使各超級(jí)電容器小組并聯(lián)時(shí)導(dǎo)通的開關(guān)或開關(guān)管；所述蓄電池組包括至少兩個(gè)蓄電池小組，每個(gè)蓄電池小組之間設(shè)有用于使各蓄電池小組串聯(lián)時(shí)導(dǎo)通的開關(guān)或開關(guān)管；每個(gè)蓄電池小組的正極與其他蓄電池小組正極之間分別設(shè)有用于使各蓄電池小組并聯(lián)時(shí)導(dǎo)通的開關(guān)或開關(guān)管；每個(gè)蓄電池小組的負(fù)極與其他蓄電池小組負(fù)極之間分別設(shè)有用于使各蓄電池小組并聯(lián)時(shí)導(dǎo)通的開關(guān)或開關(guān)管。
[0012]所述控制裝置包括超級(jí)電容器控制器和蓄電池控制器，蓄電池控制器控制連接第二 Boost 電路。
[0013]本發(fā)明的分布式發(fā)電系統(tǒng)包括:光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、第一 Boost電路、AC/DC整流器、直流母線和二元混合儲(chǔ)能裝置，所述光伏陣列通過第一 Boost電路實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤后與直流母線連接，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過AC/DC整流器整流后與直流母線連接，其特征在于，所述二元混合儲(chǔ)能裝置包括第一雙向DC/DC變換器、第二雙向DC/DC變換器、第二 Boost電路、超級(jí)電容器組、蓄電池組和控制裝置，所述第一雙向DC/DC變換器與超級(jí)電容器組連接，第二雙向DC/DC變換器與蓄電池組連接，所述超級(jí)電容器組與蓄電池組之間通過第二 Boost電路連接，控制裝置控制連接第一雙向DC/DC變換器、第二雙向DC/DC變換器和第二 Boost電路，第一雙向DC/DC變換器和第二雙向DC/DC變換器分別與直流母線連接，所述控制裝置通過采樣器與直流母線連接。
[0014]所述超級(jí)電容器組包括至少兩個(gè)超級(jí)電容器小組，每個(gè)超級(jí)電容器小組之間設(shè)有用于使各超級(jí)電容器小組串聯(lián)時(shí)導(dǎo)通的開關(guān)或開關(guān)管；每個(gè)超級(jí)電容器小組的正極與其他超級(jí)電容器小組正極之間分別設(shè)有用于使各超級(jí)電容器小組并聯(lián)時(shí)導(dǎo)通的開關(guān)或開關(guān)管；每個(gè)超級(jí)電容器小組的負(fù)極與其他超級(jí)電容器小組負(fù)極之間分別設(shè)有用于使各超級(jí)電容器小組并聯(lián)時(shí)導(dǎo)通的開關(guān)或開關(guān)管；所述蓄電池組包括至少兩個(gè)蓄電池小組，每個(gè)蓄電池小組之間設(shè)有用于使各蓄電池小組串聯(lián)時(shí)導(dǎo)通的開關(guān)或開關(guān)管；每個(gè)蓄電池小組的正極與其他蓄電池小組正極之間分別設(shè)有用于使各蓄電池小組并聯(lián)時(shí)導(dǎo)通的開關(guān)或開關(guān)管；每個(gè)蓄電池小組的負(fù)極與其他蓄電池小組負(fù)極之間分別設(shè)有用于使各蓄電池小組并聯(lián)時(shí)導(dǎo)通的開關(guān)或開關(guān)管。
[0015]在超級(jí)電容器控制器的控制下，對(duì)超級(jí)電容器恒流充電，達(dá)到超級(jí)電容器組的額定電壓時(shí)，進(jìn)行恒壓充電；在蓄電池控制器的控制下，對(duì)蓄電池組依次進(jìn)行涓流充電、恒流充電、恒壓充電和浮充充電。
[0016]根據(jù)分布式電源輸出功率與負(fù)荷需求間的關(guān)系，二元混合儲(chǔ)能系統(tǒng)工作在以下至少一種工作模式下:
[0017]1)當(dāng)光照、風(fēng)速充足且穩(wěn)定，對(duì)超級(jí)電容器組和蓄電池組同時(shí)充電；
[0018]2)當(dāng)出現(xiàn)瞬時(shí)大風(fēng)速時(shí)，對(duì)超級(jí)電容器組和蓄電池組同時(shí)充電，且控制開關(guān)使各超級(jí)電容器組并聯(lián)，當(dāng)直流母線電流恢復(fù)正常范圍內(nèi)后，控制開關(guān)使各超級(jí)電容器小組串耳關(guān);
[0019]3)當(dāng)出現(xiàn)風(fēng)速突然變強(qiáng)且持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，若直流母線的電流大于蓄電池組允許的最大充電電流小于超級(jí)電容器組的最大充電電流時(shí)，對(duì)超級(jí)電容器組進(jìn)行充電，超級(jí)電容器組充滿后，對(duì)蓄電池組充電，且使各蓄電池小組并聯(lián)；直流母線電流恢復(fù)到蓄電池組允許的最大充電電流以內(nèi)時(shí)，使各蓄電池小組恢復(fù)到串聯(lián)狀態(tài)；
[0020]4)當(dāng)出現(xiàn)風(fēng)速突然變強(qiáng)且持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，若直流母線電流均大于蓄電池組和超級(jí)電容器組的最大充電電流時(shí)，先對(duì)超級(jí)電容器組進(jìn)行充電，超級(jí)電容器組充滿后，對(duì)蓄電池組充電；超級(jí)電容組充電過程中，各超級(jí)電容器小組并聯(lián)，蓄電池組充電過程中，各蓄電池小組并聯(lián)；當(dāng)直流母線電流恢復(fù)到超級(jí)電容器組和蓄電池組允許的最大充電電流范圍內(nèi)時(shí)，各超級(jí)電容器小組串聯(lián)，各蓄電池小組串聯(lián)；<