1引 言

　　电能的储存及管理在风光互补发电系统中很重要。目前，在该系统和光伏发电系统中常用的储能装置是铅酸蓄电池，但它存在如循环寿命短、功率密度低、维护量大等一些难以克服的缺点，占整个发电系统成本很高。而风光互补发电系统存在输入能量极不稳定，间隙性大等特性。会导致蓄电池过早失效或容量损失，进一步加大了发电系统的成本。这是风光互补发电系统亟待解决的问题。

　　超级电容器是一种新型储能器件。它兼有常规电容器功率密度大、充电电池能量密度高的优点。可快速充放电且寿命长，表现出卓越的储能优势。但目前超级电容器的能量密度偏低。实现大容量储能较为困难。若将超级电容器与蓄电池混合使用，使蓄电池能量密度大和超级电容器功率密度大、循环寿命长的特点相结合，将会大大提高储能系统的性能。超级电容器与蓄电池并联使用。能增大储能系统的功率，降低蓄电池内部损耗，延长放电时间，增加使用寿命。还可缩小储能装置的体积。以风光互补发电中超级电容器蓄电池混合储能系统为研究对象。分析其模型、控制策略和运行特性。通过实验研究了系统效率、混合储能系统充放电效率以及对系统的稳定性作用和对负载的平滑能力。

　　2系统的结构

　　风光互补发电系统受气候等自然因素的影响。其发电输出功率具有不稳定和不可预测性。主要表现为输出电流的波动。充电电流过大，蓄电池会发生极化现象。会使极板活性物质脱落。还会使温升和出气加重。同样，大电流放电会使蓄电池极板弯曲变形。过大电压跌落会导致蓄电池不正常关断。此外，由于发电功率的间断或不足。蓄电池常处于充放电电流小的状态。加快了老化进程，缩短了循环使用寿命。配置一定容量的超级电容器，并通过控制器控制超级电容器向蓄电池的能量流动过程，可充分发挥超级电容器功率密度大的优点，优化蓄电池的充放电电流：还可利用超级电容器的储能能力，减少充放电循环次数。基于此，提出基于超级电容器蓄电池混合储能的风光互补发电系统，其结构如图1所示。

　　超级电容器与蓄电池的并联方式一般有直接并联、通过电感器并联以及通过功率变换器并联3种。前两种为无源式结构，第3种为有源式结构。有源式储能结构中。系统配置和控制设计上有较大的灵活性，有效提升了储能系统的性能。在此主要对有源式结构进行分析和研究。

　　3系统模型分析及控制策略

　　3.1模型分析

　　为简化分析，可将蓄电池简化为理想电压源，超级电容器简化为理想电容器与其等效内阻串联结构。因主要研究系统动态性能。所以对其并联的等效内阻可不予考虑。

　　超级电容器与蓄电池通过Buck—Boost型双向功率变换器并联，输入电压玩通过Buck电路给储能系统供电。图2示出系统等效模型。

　　3.2系统的控制策略

　　蓄电池与超级电容器并联连接。并联控制器主要任务是控制充放电电流、放电深度、循环工作次数等。因此。对其控制过程的设计是系统的关键，要综合考虑多方面因素的影响。如混合储能装置的容量配置、气候条件、负荷状况等，重点考虑因日照强度和风力大小等环境因素的变化所导致的发电功率的波动。以及负载功率脉动对蓄电池的影响。

　　在控制系统中共有3路信号采集。即蓄电池端电压、超级电容器端电压和电感电流。系统采用双环控制。外环电压环通过采样负载输出电压。与参考电压比较得到误差信号。内环电流环通过采样输入电流与电流环给定值相比较。经电流环的PI调节器产生变化的占空比，通过调节PWM来控制功率开关管。控制器系统模型如图3所示。

　　采用这种控制策略。可以充分发挥超级电容器能量密度大、功率密度大、储能效率高、循环寿命长等优点。当风力发电机和太阳能电池的发电功率很大时，超级电容器吸收大部分电能并储存起来。并在系统输出功率低时释放出来;当负载功率发生脉动时。超级电容器通过控制器系统及时输出电流，使蓄电池的充电过程小受影响。这样，可使蓄电池始终处于优化的充放电工作状态。受外界因素的影响很小，改善了蓄电池的工作环境。减少了蓄电池的充放电次数，延长了蓄电池使用寿命。

　　4实验结果及分析

　　图6a示出当该风光互补发电系统蓄电池作为单独储能装置。输入电流波动时蓄电池的响应。由图可见。输入电流波动对蓄电池电流的影响很大。图6b示出超级电容器、蓄电池混合储能系统中。输入电流波动时蓄电池的响应。由图可知，虽然输入功率发生了较大的波动。但由于超级电容器是高功率密度。对脉动电流有一定的平滑作用。图6c示出超级电容器、蓄电池混合储能系统中，负载脉动时蓄电池的响应，可见，当负载脉动时，因为超级电容器承担了大部分负载电流，蓄电池波动比较小。图6d示出风光互补发电系统中。输入功率和输出功率都有较大的波动时蓄电池的响应。不难看出，蓄电池的输出电流虽有一定的波动，但波动不是很大。超级电容器和蓄电池混合储能系统能起到平滑的作用。基本上能够达到预期的效果。

　　5结 论

　　提出一种应用于风光互补发电系统中的超级电容器和蓄电池混合储能系统。并通过一个并联的Buck。Boost型DC/DC变换器传输能量。分析其数学模型。证明超级电容器在该风光互补发电系统中的作用。并在此基础上提出一种简单实用的混合储能系统的控制方法。最后，通过实验证明，在负载脉动和输入波动较大时。超级电容器都能起到一定的滤波作用。蓄电池的充放电电流能够保持在较平滑的水平。减少了蓄电池的充放电次数，延长了蓄电池的使用寿命。同时也提高了整个系统的工作效率。相信随着技术的不断进步。混合储能技术将在新能源发电系统、电动汽车等领域得到广泛的应用。