混合储能系统控制方法研究

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。

参考文献：

[1]Dougal R.A.， Liu Shengyi， White R.E.. Power and Life Extension of Battery-Ultracapacitor Hybrids[J]. IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies， 2002， 25（1）：120-131.

[2]Lijun Gao， Dougal R.A.， Liu Shengyi. Power Enhancement of an Actively Controlled Battery/Ultracapacitor Hybrid[J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2005， 20（1）：236-243.

[3]唐西胜.超级电容器储能应用于分布式发电系统的能量管理及稳定性研究[D].中国科学院研究生院（电工研究所），2006.

作者简介：胡鑫威（1990-），男，助理工程师。