基于Matlab/Simulink的混合储能系统结构分析

缪利蓉葛强姜文苏刘硕张立飞

摘要：本文从光伏发电系统的超级电容器和蓄电池混合储能结构出发，分析了比较两种常用的电路结构，并且在Matlab/Simulink中进行了仿真验证，得到了能够削弱负载脉冲带来的波动性的混合储能结构。

关键词：混合储能结构；Matlab/Simulink；波动性

1引言

光伏发电是解决当今社会能源危机与环境危机的重要途径之一。而光伏功率的随机性、波动性和间歇性对电网的安全以及稳定运行带来了严重威胁。采用蓄电池与超级电容器相结合的方式可以平抑光伏功率的波动，且克服了蓄电池寿命低、充电效率差和超级电容器存储能量的能力弱的缺点，对稳定光伏系统的输出具有重要意义。但是，由于蓄电池和超级电容器的原理和结构不同，使用时候的注意事项也不同，所以如何设计出最优的混合储能电路结构是解决问题的关键。本文分析比较了两种常用的电路结构之后，且在Matlab/Simulink中进行了仿真验证，得到了更适用于光伏发电系统的混合储能结构。

2直接并联的储能系统

将蓄电池与超级电容器直接并联，电路结构如图1所示，其中超级电容器的模型由理想电容和电阻串联，蓄电池的模型由恒定电压源和电阻串联，混合储能系统中的实际负载用等效负载R代替。根据图1在Matlab/Simulink中搭建仿真模型，如图2所示。其中，直流电压源为12V，电阻为0.1Ω，为0.01Ω，R为4Ω，电容C为200F，此外，脉冲负载的周期T是0.4s，占空比是20%。图3是蓄电池、超级电容器以及负载的电流变化图，图4是蓄电池和超级电容器的电压变化图。由图3和图4可以看出，在每个周期内，当给负载一定的脉冲时，蓄电池的输出电流约为负载的10%，超级电容器的输出电流约为负载的90%。当负载的电流为0时，蓄电池仍然输出电流，为超级电容器充电，随着时间的不断增加，蓄电池的输出电流也不断增大。所以超级电容器的输出电流幅值与负载的输出电流幅值相差不大，而蓄电池的输出电流幅值则大幅度降低，因此可以使蓄电池免受大电流冲击，其电压也慢慢下降。相比于单独蓄电池供电而言，具有较好的可靠性。

3通过电感器并联的储能系统

通过电感直接并联的储能系统即在蓄电池和超级电容器之间加一个电感器，电路结构如图5所示。系统中的电感相当于一个滤波元器件，可以使蓄电池的输出电流变得平滑，减少纹波电流，即减少蓄电池内部的能量损失。根据图5在Matlab/Simulink中搭建仿真模型，如图6所示，其中仿真模型的参数设置同图2，此外，电感L为0.65H。仿真结果如图7和图8所示。从图中可以看出，蓄电池的输出电流峰值约为负载的0.6%，而超级电容器的输出电流则为负载的99.4%。与图3相比，在每个周期内，当负载波动时，蓄电池的输出电流变得比较平滑，明显削弱了由于负载脉冲而带来的波动性。

4结语

综上所述，采用通过电感器并联的超级电容器和蓄电池的混合储能结构优势更明显，可以大大削弱负载脉冲带来的波动性，且对光伏发电系统的运行具有重大意义。

参考文献

[1]朱向芬.基于粒子群算法的混合储能系统容量优化配置[D].宁夏大学,2014.

[2]刘林曼.基于混合储能的独立光伏发电系统的研究[D].西南交通大学，2013.

[3]杨珺，张建成，黄磊磊等.基于改进粒子群算法的独立光伏发电系统储能容量优化配置研究[J].华东电力,2012,40(8):1371-1374.