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摘 要 ：针对在脉动负载的场合中,蓄电池由于长时间的过放而导致的寿命缩短问题,提出了超级电容器和蓄电池并联供电的混合储能系统.对系统进行了小信号模型分析,提出了一种单极点单零点补偿电路.
关 键 词 ：脉动负载；混合储能；蓄电池；超级电容器；单极点单零点
引言
随着化石燃料的短缺和环境的恶化,人们越来越重视新能源的开发和利用.光伏系统以其分布范围广、无污染等优点而受到广泛关注.然而在实际运行中,光照强度多变,光伏出力并不稳定,为了平滑接入电网或供给负载,需要配置储能系统.
蓄电池由于技术成熟,大量地运用在光伏系统中.但由于其常处于充放电小循环中,影响了使用寿命,且为了满足脉冲负载的要求需要配置更多的容量.超级电容器跟蓄电池性能互补,它功率密度大而能量密度小.将二者结合起来发挥各自的优势,能显著提高混合储能系统的效益.
文献[1-2]理论上论述了混合储能系统的优势,能够优化蓄电池的充放电过程,延长使用寿命.文献[3]对混合储能系统在分布式发电系统中的应用进行了研究,表明了混合储能系统的有效性.本文对蓄电池和超级电容器通过Boost电路并联的系统进行小信号建模,通过设计合理的补偿网络,使蓄电池恒流放电,而以超级电容器补偿负载的脉动,延长了蓄电池的使用寿命.
1.混合储能系统结构设计
蓄电池和超级电容器的连接方式有多种[3],包括直接并联,通过电抗器并联,通过电力电子变换器并联等.直接并联和通过电抗器并联要求蓄电池和超级电容器电压相等.而通过电抗器并联则不必要求电压匹配.
本文利用Boost电路将蓄电池和超级电容器并联,可以灵活地配置蓄电池和超级电容器的电压等级.
控制系统的目标是在负载脉动时,使蓄电池恒流放电,承担负载的固定部分,而以超级电容器作为平衡能量缺失值的设备.控制结构图如图2所示.
3.结论
本文针对蓄电池和超级电容器经过Boost变换器并联的混合储能结构,进行了控制方案的设计,得到以下结论：
3.1单极点单零点补偿网络能有效地实现恒流的控制目标,得到较好的控制效果.
3.2超级电容器-蓄电池并联系统能够解决在负载脉动情况下,蓄电池由于过放而导致的寿命缩短问题,有效提高了混合储能系统的实用性.