基于双向DC-DC变换器的超级电容器储能系统研究
双向DCDC变换器的研究
双向DCDC变换器的研究一、本文概述随着能源科技的不断进步和可再生能源的日益普及,电力电子技术在能源转换和管理中发挥着越来越重要的作用。
双向DC-DC变换器作为一种重要的电力电子设备,具有在宽范围内调节电压、实现能量的双向流动以及高效率的能量转换等特点,因此在电动汽车、储能系统、微电网等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在对双向DC-DC变换器进行深入研究,分析其工作原理、拓扑结构、控制策略以及优化方法,以期为该领域的发展提供理论支持和实践指导。
本文将介绍双向DC-DC变换器的基本概念和分类,阐述其在不同应用场景中的重要作用。
接着,将重点分析几种典型的双向DC-DC变换器拓扑结构,包括其工作原理、性能特点以及适用场景。
在此基础上,本文将探讨双向DC-DC变换器的控制策略,包括传统的控制方法和现代的控制算法,分析各自的优缺点,并提出改进和优化方法。
本文还将关注双向DC-DC变换器的效率优化问题,研究如何通过降低损耗、提高转换效率来实现更高效的能量转换。
还将探讨双向DC-DC 变换器在实际应用中面临的挑战和问题,如电磁干扰、热管理、可靠性等,并提出相应的解决方案。
本文将总结双向DC-DC变换器的研究现状和发展趋势,展望未来的研究方向和应用前景。
通过本文的研究,期望能够为双向DC-DC变换器的设计、优化和应用提供有益的参考和启示。
二、双向DCDC变换器的基本原理与结构双向DC-DC变换器,又称为双向直流转换器或可逆DC-DC变换器,是一种特殊的电力电子装置,它能够在两个方向上进行电压和电流的转换。
这种转换器不仅可以像传统的DC-DC变换器那样将一个直流电压转换为另一个直流电压,而且还可以在两个方向上进行这种转换,即既可以实现升压也可以实现降压。
双向DC-DC变换器的基本原理基于电力电子转换技术,主要利用开关管和相应的控制策略,实现电源和负载之间的能量转换。
其核心部分包括开关管、滤波器、变压器以及相应的控制电路。
(已读)超级电容器储能系统统一模型的研究
第24卷第2期电力科学与工程Vol.24,No.22008年3月Electric Power Science and Engineering Mar.,20081收稿日期:2007-10-21.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50677018);华北电力大学重大项目预研基金(20041303).作者简介:汪娟华(1978-),女,华北电力大学电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室硕士研究生.超级电容器储能系统统一模型的研究汪娟华,范伟,张建成,阮军鹏(华北电力大学电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室,河北保定071003)摘要:从超级电容器储能系统的运行机理出发,设计了含双向DC-AC-DC 变换器的超级电容器储能系统主电路结构,并建立了其统一模型。
仿真结果证明了所建统一模型的正确性和有效性,并表明超级电容器储能系统提高了分布式发电系统的运行稳定性。
关键词:电容器储能系统;模型;双向DC-AC-DC 变换器中图分类号:TM761文献标识码:A0引言随着电力系统的发展,分布式发电技术越来越受到人们的重视[1]。
储能系统作为分布式发电系统必要的能量缓冲环节,其作用越来越重要。
除此之外,储能系统对提高电力系统的运行稳定性也具有非常重要的作用。
超级电容器储能系统利用多组超级电容器(称为超级电容器组件阵列)将能量以电场能的形式储存起来,当能量紧急缺乏或需要时,再将存储的能量通过控制系统释放出来,准确快速地补偿系统所需的有功和无功,从而实现电能的平衡、稳定控制[2]。
超级电容器具有非常突出的优点,其具有如下的特性:(1)其功率密度高,为7000~18000W/g ,可以在短时迅速放出能量;(2)循环寿命长,高低温性能好,效率高,其循环寿命大于500000次,效率高于95%;(3)超级电容器的充放电速度快,充放电效率高,其充电方式比起其他的储能系统简单,控制也相对容易;(4)超级电容器的材料几乎没有毒性,环境友好,而且在使用中无需维护[3,4]。
基于超级电容的双向DC-DC变换技术研究共3篇
基于超级电容的双向DC-DC变换技术研究共3篇基于超级电容的双向DC-DC变换技术研究1基于超级电容的双向DC-DC变换技术研究随着能源的日益紧缺和全球变暖问题的严峻形势,清洁能源逐渐成为各国政府和企业所追求的方向。
然而,由于可再生能源的波动性与不稳定性,使得能量储存和转换成为了重要的瓶颈问题。
超级电容作为一种新型的高能量密度和快速充放电的能量储存装置,逐渐被广泛使用在能量储存、回收和变换等领域中。
其中,基于超级电容的双向DC-DC变换技术在能量回收和转换方面具有很大的潜力。
超级电容的优点超级电容是一种新型的电子器件,它具有比传统电容更高的能量密度和更快的充放电速度。
与传统电池相比,超级电容的循环寿命更长、能量效率更高,且充电时间更短。
因此,超级电容具有更大的储能能力和更高的充放电效率,在能量回收和转换中具有很大的潜力。
基于超级电容的双向DC-DC变换技术原理DC-DC变换器是一种将直流电能转换为另一种直流电能的装置。
而双向DC-DC变换器则是具有正反转换功能的DC-DC变换器,它可以将一个电路中的直流电能转换为另一个电路中的直流电能,而且可以在两个电路之间实现能量的双向传输。
基于超级电容的双向DC-DC变换技术,就是利用超级电容实现直流电能的双向传输,将能量回收和转换进行耦合。
基于超级电容的双向DC-DC变换技术优点1. 具有高效的能量传输和转换。
超级电容能够快速充放电,可以实现直流电能的高速传输和转换,提高了能量传输的效率和速度。
2. 具有高精度的电能调节和平衡控制。
基于超级电容的双向DC-DC变换技术能够对直流电能进行精确地调节和平衡控制,提高了电能储存和转换的稳定性和可靠性。
3. 具有高度集成的功能。
超级电容可以实现多个电容的集成,能够实现多种储存和转换的功能,提高了能量利用的灵活性和多样性。
基于超级电容的双向DC-DC变换技术应用目前,基于超级电容的双向DC-DC变换技术已经开始得到广泛的应用。
毕业设计(论文)-超级电容器储能控制系统的研究[管理资料]
超级电容器储能控制系统的研究摘要随着国民经济的发展和科技的进步,人民生活水平的不断提高,无论是工业、农业,还是商业,以及人民的日常生活都对电能质量提出了越来越高的要求。
于是,各种各样的电网补偿元件出现在实际生产中。
由于具有良好的性能,储能元件越来越受到人们的关注。
本文中对超级电容器的储能控制技术系统了研究。
超级电容器是一种新型的储能元件,具有储电能力强,功率密度高的优点,可以快速充放电,而且寿命长,充电反复次数高,是高效实用的储能元件。
文中首先对超级电容器出现的背景进行了说明,并且介绍了超级电容器的结构和原理,并对简单的储能控制技术进行研究。
然后,本文在上文理论基础上建立了简单的超级电容器储能控制系统,研究设计了其中各个模块的构成和作用。
最后,利用MATLAB对该系统的作用进行仿真,得出结论。
结果表明:超级电容器储能控制系统能够很好的提高和改善电网电能质量。
关键词:电能质量;超级电容器;储能控制系统;仿真目录1 绪论..................................................................... 1问题的提出.............................................................. 1电压质量及其重要性...................................................... 1电压干扰的方面........................................................ 2电压质量问题的重要性.................................................. 4引起电压干扰的原因与解决办法............................................ 4引起电压干扰的原因.................................................... 5解决电压质量波动的措施................................................ 5储能设备的发展现状...................................................... 5本章小结................................................................ 62 超级电容器简介........................................................... 7超级电容器的产生背景.................................................... 7超级电容器的原理及分类.................................................. 7超级电容器的特点........................................................ 8超级电容器的应用........................................................ 8本章小结................................................................ 93 超级电容器储能系统结构及控制技术....................................... 10超级电容器的等效电路模型.............................................. 10超级电容器储能系统基本理论............................................ 10超级电容器储能控制系统主电路.......................................... 11整流单元的选择........................................................ 11逆变器的选择与控制.................................................... 13逆变器的选择........................................................ 13逆变器的控制方法.................................................... 14DSP控制系统........................................................... 16 ABC-DQ0坐标变换........................................................ 16本章小结.............................................................. 184 SPWM控制技术.......................................................... 19PWM控制技术........................................................... 19SPWM调制方法.......................................................... 19采样型SPWM法......................................................... 21自然采样法.......................................................... 21规则采样法.......................................................... 22SPWM波形的实现........................................................ 24模拟调制方法........................................................ 24 SPWM 芯片控制....................................................... 24本章小结.............................................................. 255 超级电容控制系统的设计................................................. 26超级电容器控制系统的主电路构成........................................ 26功率主电路的设计...................................................... 26DSP控制电路和抗干扰设计............................................. 27 DSP控制电路的设计理论............................................. 27 TMS320C5410芯片的基本介绍........................................... 27 DSP控制电路设计..................................................... 31..................................................................... 35 DSP控制系统的抗干扰设计............................................. 36PI控制器设计......................................................... 37 PI控制器原理....................................................... 37 PI调节器的参数整定.................................................. 38本章小结.............................................................. 396 超级电容器控制系统仿真............................................... 40仿真模型的建立........................................................ 40滤波器的设计........................................................ 40 PI控制器设计........................................................ 41仿真数据.............................................................. 41结果分析.............................................................. 42本章小结.............................................................. 427 结论................................................................... 431 绪论问题的提出随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高,社会和人民生活对电力需求越来越大,这极大地促进了电力事业的发展,使电网不断扩大,与此同时,用户对供电质量和供电可靠性的要求越来越高,甚至连电源的瞬时中断也不能接受,任何微小的电力问题都会对社会造成无法估计的损失。
用于储能系统多输入双向DC_DC变换器的研究
电力电子技术 Power Electronics
Vol.44, No.8 August,2010
用于储能系统多输入双向 DC/DC 变换器的研究
刘胜永 1,2, 张 兴 1, 郭海滨 1, 谢 军 1 (1.合肥工业大学,安徽 合肥 230009; 2.广西工学院工程训练中心,广西 柳州 545006)
实现 ZVS 条件如下:
!VS1,4:ir12(t0)<0,VS2,4:ir12(t3)>0
#
"VS5,6:ir56(t1)<0,VS6,7:ir56(t4)>0
#
$VS9,12:ir34(t2)<0,VS10,11:ir34(t5)>0
(4)
图 4 Boost 模式下 TAB 稳态工作波形
5结论
提出了一种应用于储能系统的三端口双向 DC/DC 变换器,以正向 Boost 模式为例,对其工作原 理、数学模型推导、功率大小以及软开关性能进行了 研究分析,最后搭建了一台额定功率为 1.2 kW 的实 验样机进行了实验验证。通过实验的结果验证了理 论分析的正确性。
摘要:多输入 DC/DC 变换器在混合储能中的应用非常广泛,也成为近年来的研究热点。对所提出的三全桥双向 DC/DC
变换器进行了深入的理论分析,通过数学模型的推导,得出稳定情况下输入、输出电压、功率大小与移相角之间的关
系。在 Boost 模式下对软开关的性能进行了分析,最后研制了一台 1.2 kW 的样机,进行上述分析的实验验证。
关 键 词 :变换器;移相控制;软开关;储能
中 图 分 类 号 :TM46
文 献 标 识 码 :A
文 章 编 号 :1000-100X(2010)08-0020-02
大功率双向DC_DC变换器的研究
DC
DC
输入
输出
AC
图 1-1 四种电力变换器的示意图
AC
其中,AC/DC 电压转换电路被称为整流电源,DC/DC 电压变换电路又称为直流 斩波器。因此,直流开关电源的输入分交流和直流两种。在交流电作为输入时,交流 电需经整流滤波环节变成直流后经过二次变换转换为所需直流电压。在直流电作为输 入时,直接经过直流斩波电路即可转换为所需直流电压。因此,DC/DC 变换器是一种 采用开关方式控制的直流稳压电源,是开关电源的核心部分[3]。 开关电源技术在 20 世纪 80 年代引入我国, 如今已广泛应用于通信、 工业、 军事、 航空航天、家电等领域,人们对它的研究、开发技术水平也越来越高。开关电源技术
华中科技大学 硕士学位论文 大功率双向DC/DC变换器的研究 姓名:高金萍 申请学位级别:硕士 专业:电机与电器 指导教师:黄声华 20090531
摘
Байду номын сангаас
要
双向DC/DC开关变换器是根据需求调节能量双向传输的直流到直流的变换器。 它 在直流不间断电源系统,航空航天电源系统,电动汽车以及太阳能电池变换器等场合 都有相当广泛的应用。本文对一种基于移向控制技术的新型带隔离变压器拓扑结构的 DC/DC变换器进行了较为深入的研究,并设计了样机,同时对另一种非隔离型大功率 双向DC/DC变换器拓扑结构进行了一定深度的理论分析和研究。 隔离型双向DC/DC变换器是输入端采用超级电容(UC)的三相桥式双向DC/DC变 换器,具有隔离、高功率密度、高效、大电压变比的特点。这种变换器主电路采用移 相双半桥结构,主电路无需增加额外元件,就可以实现零电压开通的软开关技术,减 小了开关管的损耗,还可以使大大提高开关频率,减小开关器件的电流应力,减小了 电路中电磁装置的体积,提高了系统的功率密度和效率;在控制上,采用PWM调制 和移相控制相结合的控制方法,控制方法灵活,电压变换范围大,配合三相变压器传 递能量,效率高,输出效果好。电路的原边的三相耦合电感,可以减小电流纹波,三 相耦合减小磁芯数量,降低磁芯损耗。此电路能自动跟随负载变化,是一种非常适合 大功率应用场合的DC/DC变换器,可以广泛应用于大、中功率应用场合,在分布式发 电以及燃料电池供电的电动汽车的场合更是有很大的应用潜力和发展前途。 另外,本文还对非隔离型双向DC/DC变换器进行探讨和理路分析。主要从多相升 降压(Buck-Boost)变换器入手,并将分析结果与隔离型双向DC/DC 进行了较为详尽 的对比,综合比较了大功率双向DC/DC变换器隔离型拓扑与非隔离型拓扑的优缺点, 以适应与不同的工作范围。
电流源型双向DCDC变换器的研究
电流源型双向DCDC变换器的研究一、本文概述随着能源危机和环境污染问题的日益严重,节能减排、绿色出行等概念逐渐成为社会关注的焦点。
在这样的背景下,电动汽车以其环保、节能的优势逐渐受到人们的青睐。
而电动汽车的发展离不开其核心部件——电池管理系统。
电池管理系统的主要功能包括电池状态监测、能量管理、热管理以及安全保护等,其中,能量管理尤为重要。
能量管理不仅关系到电动汽车的续航里程,更关乎电池的使用寿命和安全性。
因此,高效、稳定的电池能量管理技术是电动汽车领域的研究热点。
电流源型双向DC-DC变换器作为一种重要的电池能量管理装置,能够实现电池与电动汽车之间的高效能量交换,对于提高电动汽车的能量利用率、延长电池寿命以及保证电池安全具有重要意义。
本文旨在深入研究电流源型双向DC-DC变换器的工作原理、控制策略以及优化方法,以期为电动汽车电池管理系统的设计与优化提供理论支持和实践指导。
具体而言,本文首先将对电流源型双向DC-DC变换器的基本结构和工作原理进行详细介绍,为后续研究奠定理论基础。
针对不同类型的电流源型双向DC-DC变换器,分析其特点和应用场景,并提出相应的控制策略。
在此基础上,本文将重点研究电流源型双向DC-DC变换器的优化方法,包括参数优化、效率优化以及动态响应优化等,以提高其在实际应用中的性能表现。
本文将通过实验验证所提控制策略和优化方法的有效性,并对实验结果进行分析和讨论,为电流源型双向DC-DC变换器在电动汽车电池管理系统中的应用提供有力支持。
本文旨在全面、深入地研究电流源型双向DC-DC变换器的关键技术,为电动汽车电池管理系统的设计与优化提供有益参考,推动电动汽车技术的持续发展和广泛应用。
二、电流源型双向DCDC变换器的基本原理电流源型双向DC-DC变换器是一种特殊的电力电子转换装置,其核心功能是实现直流电源之间的能量转换,并且能够在双向模式下工作。
这种变换器在能源管理、电池充放电控制、电动汽车、可再生能源系统等领域具有广泛的应用前景。
超级电容储能系统中双向DC-DC变换器控制策略研究
超级电容储能系统中双向DC-DC变换器控制策略研究曹成琦;王欣;秦斌;张凯;梁枫【摘要】城市轨道交通站间距较短、运行密度大,列车需要频繁的启动和制动,列车在启动时需要大量能量,导致直流牵引网电压下降;列车在再生制动时产生大量能量,导致直流牵引网电压升高,严重时还会使再生制动失效.针对这一问题,提出将双向DC-DC变换器应用于超级电容储能系统中,并设计了电压外环、电流内环的双PI 控制策略.利用Matlab/Simulink搭建了双向DC-DC变换器和超级电容储能系统的仿真模型,分析了双向DC-DC变换器在Buck模式、Boost模式下的运行情况以及电压外环、电流内环的双PI控制策略的控制效果.仿真结果验证了双向DC-DC 变换器能够实现能量的双向传输和控制策略的有效性.【期刊名称】《湖南工业大学学报》【年(卷),期】2016(030)006【总页数】5页(P18-22)【关键词】超级电容储能系统;双向DC-DC变换器;电压外环、电流内环的双PI控制策略;再生制动【作者】曹成琦;王欣;秦斌;张凯;梁枫【作者单位】湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007;湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007;湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007;湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007;湖南工业大学电气与信息工程学院,湖南株洲 412007【正文语种】中文【中图分类】TM46当前不可再生能源越来越紧张,开发新能源和节约能源是解决能源问题的根本途径。
超级电容作为一种新型的储能元器件,在列车上得到了广泛的应用。
如图1所示为超级电容储能系统的控制框图,超级电容储能系统由超级电容组和双向DC-DC 变换器构成。
超级电容储能系统在列车再生制动时,储存再生制动产生的能量,防止直流牵引网电压过高;在列车启动或者加速时,释放储存的能量补偿下降的直流牵引网电压,这样能够极大地节约能量[1]。
基于双向DC-DC变换器的超级电容器储能系统研究
Re e r h n a S e c p c t r Ene g or g y tm s a c o up r a a io r y St a e S se Ba e n BiDi e to a s d o - r c i n lDC- DC nv r e Co e t r
g ss d n y i e sn l — h s wo sa e PV e e a in s se e u de l n t i g e p a e t —tg h g n r t y tm. o
Ke r s u e c p c tr n r tr g y wo d :s p r a a i ;e e g s a e;b ・ i c in u k b o t o v re ;f cu t n c n r l o y o i r t a b c — o s c n et r l t ai o t d e ol u o o
tr tb l y i i r v d n t rw e h a d re smu ain i i lme td o e h o d c a — e sa i t s mp o e o ma t h n t e h r wa i lt s mp e n e rwh n t e la h n n i e o
基 于双 向 D — C变 换 器 的超 级 电容 器储 能 系统 研 究 CD
杨惠 , 向 东, 孙 钟彦儒 ,陶柳 英 ,张鹏程
( 西安理工大学 自动化与信息工程学院 , 陕西 西安 7 04 ) 10 8
摘 要 : 绍 了超级 电容器 的经典 R 介 C模 型 , 细分析 了双向 D —C变换 器的工作 原理及 控制 策略 。 详 CD 构建 了基 于双 向 bc—os电路 的超级 电容 器储 能 系统 模 型 , ukbot 并进 行 了验 证 实验 。 实验 结 果表 明
多电池组储能系统双向DCDC变换器的研制
多电池组储能系统双向DC-DC变换器的研制摘要:介绍了多电池组储能系统中常用几种电池充放电变换器的主电路拓扑和工作原理,并对与电池连接的双向DC-DC变换器的控制策略进行了研究。
研制了一台由3 路双向DC-DC 变换器和1 路双向PWM 变流器构成的电池充放电系统,功率为120 kW,能满足3 路电池的独立充放电要求。
在锂电池储能系统中的实验结果表明,研制的双向DC-DC 变换器,具有电池充电、电池放电、孤岛运行和电池互充放电等多种功能,而且充电电流纹波电流小于0.5%,波形平滑,可适用于多组,宽围电压的电池组的充放电要求。
0 引言在当今全球绿色能源、节能减排战略中,不仅把风力发电、太阳能发电、生物发电和核能发电技术作为优先发展和政策扶持的对象,而且将能量储存技术也作为今后的研究方向,特别是电池储能系统,它不仅犹如一家特殊"银行",可以将夜间的"谷电"存起来白天用,或是将平日富余的电能存起来,到电力紧甚至供电中断时拿出来一解燃眉之急。
而且也是城市电网削峰填谷的"调度高手",更是风光互补储能系统的关键设备不管是新能源的发展、还是智能电网的发展都离不开它。
在电池储能系统有两个重要的组成部分,第一就是号称"心脏"的电池储能系统中的电池,负责能量的存储和释放;第二个就是号称"大动脉"的电池储能系统中的充放电变换器,它是电池储能系统能量传递的双向高速通道。
二者缺一不可,密不可分。
电池储能系统中的电池不再单单采用传统的铅酸蓄电池,钠硫电池、钒电池、锂电池和镍氢电池等也纷纷在电池储能系统中使用,因此电池储能系统对充放电变化器的要求也越来越高,他不仅要求充放电变化器具有传统的充放电功能,还需满足电池电压的宽围运行、快速充放运行、瞬时大功率输出运行、无功补偿运行、孤岛运行及多组电池的充放电运行要求。
本文对多电池组储能系统中电池充放电变换器的主电路拓扑和工作原理进行了分析,特别是与电池接口的双向DC-DC 变换器进行了研究,在此基础上,研制了一台由"多路双向DC-DC 变换器"和"双向并网变流器"构成的120 kW 电池储能系统变换器。
基于互补PWM控制的BuckBoost双向变换器在超级电容器储能中的应用
基于互补PWM控制的BuckBoost双向变换器在超级电容器储能中的应用一、本文概述随着可再生能源的快速发展和电动汽车的广泛应用,高效、稳定的能量转换和存储技术成为研究热点。
其中,BuckBoost双向变换器作为一种能够在宽输入电压范围内实现升降压转换的电力电子设备,在能量存储系统中发挥着重要作用。
而超级电容器作为一种具有高功率密度、快速充放电性能的储能元件,与BuckBoost双向变换器的结合将为能量存储和转换带来新的可能性。
本文旨在探讨基于互补PWM(脉宽调制)控制的BuckBoost双向变换器在超级电容器储能中的应用。
文章将介绍BuckBoost双向变换器的基本工作原理和互补PWM控制的实现方法,分析其在能量转换过程中的优势。
然后,文章将详细讨论如何将BuckBoost双向变换器与超级电容器相结合,构建高效稳定的储能系统。
在此基础上,文章将进一步探讨该储能系统在可再生能源并网、电动汽车能量回收等领域的应用前景和潜在优势。
本文的研究将为提高能量转换效率、优化储能系统性能提供理论支持和实践指导,对于推动新能源和电动汽车领域的发展具有重要意义。
二、超级电容器储能系统概述随着可再生能源和电动汽车等领域的快速发展,储能技术已成为当前研究的热点。
在众多储能技术中,超级电容器因其独特的性能优势,如充放电速度快、循环寿命长、功率密度高等,受到了广泛关注。
超级电容器储能系统(Supercapacitor Energy Storage System, SCESS)结合了超级电容器的这些优点,为电力系统和电子设备提供了高效、可靠的能量存储和释放方案。
超级电容器储能系统主要由超级电容器、充电/放电控制单元、能量管理单元以及辅助设备等组成。
超级电容器负责存储电能,其内部的电极材料和高效电解液保证了快速充放电和高能量密度的特性。
充电/放电控制单元则负责控制超级电容器的充放电过程,确保系统的稳定运行。
能量管理单元则负责监控系统的运行状态,根据实际需求调整充放电策略,实现能量的最优利用。
磁集成结构的DC-DC变换器用于超级电容储能系统
磁集成结构的DC-DC变换器用于超级电容储能系统孔祥霁,夏向阳,蒋诗瑶,彭潇琪长沙理工大学电气与信息工程学院Email: 875959537@摘要:本文主要阐述了一种新型主动控制混合磁的超级电容器的储能系统用于电力驱动设备。
针对电力驱动设备用电的波动性,采用基于超级电容的储能系统,加入了新型磁集成结构的DC-DC变换器,给设备提供足够电能的同时,稳定供给电压,优化电能质量。
通过Matlab/Simulink仿真结果表明,该储能系统能够很好的跟踪负载电流,及时补充欠缺电能,吸收多余电能,在负载变化时,总线电压变化不超过额定电压的 3.33%。
与传统解决方案相比,该系统具有体积小,自身损耗小,控制简单的优点。
关键词:超级电容;磁集成结构;储能系统;电能质量;电力驱动设备Integrated Magnetics Structure DC-DC Converter for Ultracapacitor Energy Storage SystemKong Xiangji, Xia Xiangyang,Jiang Shiyao,Peng XiaoqiSchool of Electrical and Information Engineering, Changsha University of Science&TechnologyEmail: 875959537@Abstract: This paper describes a novel magnetically active control ultracapacitor hybrid energy storage system for electric drive equipment. Equipment for power driven volatility of electricity, apply ultracapacitor -based energy storage system , adding a new magnetic structure integrated DC-DC converter , provide sufficient power to the device at the same time , stabilize the supply voltages and optimize the power quality . By Matlab / Simulink simulation results show that the energy storage system can be a good track load current , replenish the lack of energy, absorbs excess energy. The changes of the bus voltage does not exceed 3.33% of the rated voltage when the load changes. Compared with traditional solutions, the system has advantages as: a small size , fewer own loss , simply control.Keywords: ultracapacitor; integrated magnetic structure; energy storage system; power quality; electric drive equipment1 引言对于大多数现在使用较多的电力驱动设备,如电梯,起重机,牵引机械等,对于提供的电能有较高的要求。
基于双向DC/DC的超级电容均压电路盛
基于双向DC/DC的超级电容均压电路盛超级电容功率密度大、循环寿命长及工作温度范围宽等优点使其成为近年来备受青睐的一种新型储能装置。
针对由于制造误差、自放电率等因素引起的电容器单体间电压差异,文章研究一种双向DC/DC均压电路实现超级电容电压均衡。
均压电路实时采集两组电容器电压值进行比例运算,通过算法控制达到均压效果。
基于MATLAB/Simulink搭建电路仿真模型,验证该方法的可行性。
标签:超级电容;双向DC/DC;均压1 概述與其他储能元件相比,超级电容具有功率密度大、循环寿命长、使用温度范围宽等优点,具有很好的发展前景。
超级电容具有双电层结构,单体电压一般为2.5~3.0V,为满足电压等级要求必须对其串并联使用。
但由于制造误差和制造水平等限制,超级电容器单体储存能力不一,因此需采用均压措施使超级电容器单体电压保持一致。
目前存在的均压电路主要分为能耗型和能量转移型。
能耗型均压法电路简单易实现,但能量浪费严重。
能量转移型均压方法通过中间元件传输能量,使超级电容器单体电压达到均衡,具有能耗低的优点,但其控制方法复杂,成本较高。
针对上述问题,本文研究一种基于双向DC/DC的超级电容均压电路,利用并联于超级电容器单体间的电感实现能量传输,最后达到均压目的。
2 双向DC/DC均压电路2.1 工作原理如图1所示双向DC/DC均压电路,在两个超级电容器SC1、SC2间并联一个电感,通过两侧开关控制两条支路的关断与接通,实现能量传输,到达均压效果。
当SC1电压高于SC2电压时,开关S1导通,S2关断,SC1向电感L充电,电感电流升高,SC1电压降低,充电一段时间后,断开S1接通S2,电感L向SC2放电,此时电感电流降低,SC2电压升高,放电一段时间再次开通S1关断S2,如此循环。
当SC2电压高于SC1电压时,开关S2导通,S1关断,SC2向电感L充电,电感电流升高,SC2电压降低,电感充电一段时间后,断开S2接通S1,电感L 向SC1放电,此时电感电流降低,SC1电压升高,放电一段时间再次开通S2关断S1,如此重复,最后达到电压平衡。
超级电容器储能系统研究-开题报告
中北大学毕业论文开题报告学生姓名:学号:学院、系:信息与通信工程学院电气工程系专业:电气工程及其自动化专业论文题目:超级电容器储能系统研究指导教师:2013 年2月 27 日毕业论文开题报告1.结合毕业论文情况,根据所查阅的文献资料,撰写2000字左右的文献综述:文献综述1.1课题研究背景及意义超级电容器的发展始于20世纪60年代,起先被认为是一种低功率、低能量、长使用寿命的器件。
但到了20世纪90年代,由于混合电动汽车的兴起,超级电容器才受到广泛的关注并开始迅速发展起来。
现今,大功率的超级电容器被视作一种大功率物理二次电源,各发达国家都把对超级电容器的研究列为国家重点战略研究项目。
目前,超级电容器在电力系统中的应用越来越受到关注,如基于双电层电容储能的静止同步补偿器和动态电压补偿器等,国内外对他的研究和应用正在如火如荼地进行[1-2]。
与常规电容器不同的是它的容量可达到法拉级甚至千法拉级,且具有功率密度高,充放电速度快,寿命长,工作温度范围宽,可靠性高以及无污染等特点[3]。
超级电容器的出现填补了传统静电电容器和化学电源之间的空白,并以优越的性能及广阔的应用前景而受到了许多国家的重视。
由于超级电容器储能密度大,且能快速地吸收和释放能量,因而在光伏发电、风力发电等分布式发电系统中对提高电能质量的作用重大[4]。
当分布式发电系统出现电压波动、大电网短时间供电中断等情况时,超级电容器可快速充放电以改善负荷电压,从而保证系统的安全性和可靠性[5]。
1.2国内外发展现状1.2.1国外发展现状超级电容器作为一种很有应用前景的新型储能装置,在国外已有相当多的部门或机构在从事这方面的研究和创新,有部分公司还实现了产品的商业化。
目前,日本、美国和俄罗斯在这方面处于领先地位,几乎占据了整个超级电容器市场,这些国家的超级电容器产品在容量、功率和价格等方面各有自己的特点与优势,特别是日本,目前在全球的超级电容器生产总量中,日本本国生产占据了70%,如果算上日本在海外的生产厂家,其占有率超过90%,另外澳大利亚、印度以及欧共体中许多国家也在电化学超级电容器的研发和产业化方面展开了大量的工作[6-7]。
微电网储能双向DC-DC变换器的研究
微电网储能双向DC/DC数字变换器研究郭欢王丰王先为卓放王兆安西安交通大学电气工程学院,西安 7100491)Email:huan8424@摘要:本文参考国内外微型电网系统以及双向DC/DC变换器研究文献,设计并搭建了一套基于现场可编程逻辑器件(FPGA)的适用于微型电网系统储能模块的双向DC/DC变换器装置,整个系统采用双向全桥DC/DC电路作为主电路结构,以FPGA作为控制系统的主要芯片,搭建了数字控制系统平台,分析了数字PWM控制器各个部分的功能及具体实现,在此基础上研究双向DC/DC变换器数字控制技术,比较数字化控制相对模拟控制的优点以及控制系统数字化中遇到的问题及其解决方案。
关键词:双向DC/DC变换器;数字控制;软开关;数字PWM1.引言近些年来,能源匮乏对于社会发展的影响日益突出。
目前,随着电力电子技术的不断发展,基于可再生能源(太阳能、风能、水能等)的分布式发电技术 (Distributed Generation)在许多国家受到了足够的重视,陆续开展了相关研究并且得到了一定范围的应用[1]。
由于可再生能源的存在着一些特性上的缺陷(如:能源的不稳定性等等),为了保障分布式发电系统的稳定运行,随之出现了分布式储能技术(Distributed Storage),即通过储能设备储存分布式电源的多余的能量,如电池,电容器,超导线圈及飞轮等等。
基于上述技术开展的研究得到的一系列的成果,结合电力系统用户对电能质量的要求和未来电力系统的发展趋势,逐渐形成了将上述技术综合在一起而形成的特殊电网形式-微型电网(Micro Grid) [2]。
本文中研究了占空比加移相控制全桥双向DC/DC变换器的工作原理及相关理论;设计以FPGA为主控制器的控制电路,编写系统的控制程序以及对各个控制模块进行分析,实现了功率主电路的数字化控制;基于数字化平台研究了数字控制的基础问题,如系统控制模块间参数匹配问题,数字PWM信号的产生方式及其与数字控制系统之间的相互关系等。
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间供电中断等情况时,超级电容器可快速充放电以 改善负荷电压,从而保证系统的安全性和可 靠性‘341。
本研究将非隔离型双向buck-boost电路应用到 超级电容器的充放电过程中,采用电压电流双闭环 控制策略,有效地抑制系统直流母线电压的,波动。
1超级电容器储能系统
分布式发电系统的结构如图1所示。由分布式 发电电路、超级电容器储能系统、逆变电路及负载组 成。简化的储能系统如图1中的虚线框所示,主要
圈9 突加负载时储能系统工作前后的实验波形
Fig.9 The experimental waveforms when the load becomes heavy suddenly
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西安理工大学学报Journal ofXi’粕University ofTechnology(2011)V01.27 No.4
文章编号:1006-4710(2011)04..0456-05
基于双向DC—DC变换器的超级电容器储能系统研究
杨惠,孙向东,钟彦儒,陶柳英,张鹏程
(西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西西安710048)
实验波形。从图7可以看出,储能系统动作之前直流
母线电压在90~110 V之间波动,当超级电容器储能
系统开始工作后,直流母线电压的波动迅速减小,且
稳态时直流母线电压的峰峰值均接近100 V,波动范
围由原来的±10%缩小为约±3%,抑制直流母线电
压波动的目的得以实现。而同时超级电容器组处于接
近恒流充放电的交替工作状态,当直流母线电压高于
万方数据
杨惠等பைடு நூலகம்基于双向DC—DC变换器的超级电容器储能系统研究
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最大功率为850 W。
图10为单相光伏发电系统突减负载(即实际负 载电阻阻值由8 n变为16 n)时超级电容器储能系 统工作前后的直流母线电压砜。、光伏阵列输出电压 U,。以及逆变输出电流,.。波形。
“l s/格, fb)柯储能系统
储能系统
图1 含有超级电容器储能系统的分布式发电系统
Fig.1 Distributed power generation system with a supercapacitor energy storage system
1.1超级电容器的数学模型 超级电容器由于内部电阻和电容的形成机理比
较复杂,因此相关文献提出了很多超级电容器的应 用模型,其中,RC电路模型是最简单的一种(见图2 (a))。它包括理想电容器c、等效串联内阻R。和等 效并联内阻R。。等效串联内阻R。表示超级电容器的 总串联内阻,在充放电过程中会产生能量损耗,该损 耗一般以热的形式表现出来。此外,R。的存在还会 使端电压出现波动,进而产生电压纹波。等效并联内 阻R。反映了超级电容器总的漏电情况,一般只影响 长期储能过程,称为漏电电阻。超级电容器自放电回 路的时间常数长达数十小时甚至上百小时,远远高于 充放电的时间常数。而且,在实际应用中超级电容器 一般通过功率变换器与电源连接,并处于较快的和频 繁的充放电循环过程中,因此,R。影响可以忽略旧1。 因而,可以进一步将超级电容器模型简化为理想电容 器和等效串联内阻的串联结构(见图2(b))。
图6 模拟直流母线电压波动的实验原理框图
Fig 6 The experimental block diagram for the DC—bus voltage fluctuation
图7为直流母线电压正负波动10%且波动频率
为100 Hz时,超级电容器储能系统动作前后的直流母
线电压玑。、超级电容器组电压U以及电感电流^的
(a)RC电路模型
(b)简化模型
Fig.2
图2超级电容器模型
Equivalent model of supercapaeitor
当超级电容器以恒定电流,放电时,电量Q等 于容量C与额定时间内的电压降△以的乘积,如式 (1)所示。因此,可以根据式(2)计算出超级电容器 组的容量值。
Q=C·△Uo=J『·△£
tem on the basis of the bi—-directional buck··boost converter is developed and experimental study is carried out.The experimental results show that the supercapacitor con operate in the optimal charge or discharge state and the energy storage system can restrain effectively the DC-—bus voltage fluctuation SO that the sys·· tem stability is improved no matter when the hardware simulation is implemented or when the load chan— ges suddenly in the single—phase two-stage PV generation system. Key words:supercapacitor;energy storage;bi··directional buck··boost converter;fluctuation control
摘要:介绍了超级电容器的经典RC模型,详细分析了双向DC—DC变换器的工作原理及控制策略。
构建了基于双向buck—boost电路的超级电容器储能系统模型,并进行了验证实验。实验结果表明 不论是模拟直流母线电压波动实验还是单相两级式光伏发电系统突加、突减负载实验,超级电容器
都能够工作在优化的充放电状态,使得储能系统能够很好地抑制直流母线电压波动,从而提高整个
系统的稳定性。
关键词:超级电容器;储能;双向DC—DC变换器;波动抑制
中图分类号:TM46
文献标志码:A
Research on a Supercapacitor Energy Storage System Based on Bi.Directional DC.DC Converter
YANG Huij SUN Xiangdong,ZHONG Yanru,TAO Liuying,ZHANG Pengcheng (Faculty of Automation and Information Ensineefing,Xi’an University ofTechnology,Xi’an 710048,China)
The non—isolated bi-directional buck—boost convener
该电路能够实现两象限运行,即变换器两端电 压方向不变,电流方向可变,在功能上相当于buck 变换器和boost变换器的组合。当开关管s.以一定 占空比开关,D:为续流二极管时,变换器等效为 buck变换器,能量由玑。流向叱,超级电容器组吸 收能量;当开关管s:以一定占空比开关,D。为续流 二极管时,变换器等效为boost变换器,能量由睨流 向%,超级电容器组释放能量。换言之,当直流母线 电压升高或降低时,通过控制两个开关管的通断即 可实现超级电容器组的储能或释能,从而抑制直流 母线电压的波动一J。 1.3 控制策略
超级电容器亦称双电层电容器,是20世纪60 年代发展起来的一种新型储能元件。与常规电容器 不同的是它的容量可达到法拉级甚至千法拉级,且 具有功率密度高,充放电速度快,寿命长,工作温度 范围宽,可靠性高以及无污染等特点。超级电容器 的出现填补了传统静电电容器和化学电源之间的空 白,并以优越的性能及广阔的应用前景而受到了许 多国家的重视¨引。由于超级电容器储能密度大, 且能快速地吸收和释放能量,因而在光伏发电、风力 发电等分布式发电系统中对提高电能质量的作用重 大。当分布式发电系统出现电压波动、大电网短时
Abstract:The classical RC model of a supercapacitor is presented.The work principle and control strat— egy of the bi-directional DC-DC converter are analyzed in detail.The supercapacitor energy storage sys—
超级电容器储能系统主要的目的是稳定直流 母线电压,并且要求在系统工作时能够通过控制 电感电流来控制超级电容器组的充电电流和放电 电流。因此双向buck—boost变换器采用直流母线电 压外环控制和电感电流内环控制的控制策略。在 buck工作模式下,超级电容器组处于充电状态,此 时超级电容器类似短路状态,充电电流可以达到 很大值,因此采用电感电流内环控制使超级电容 器组的充电电流得以控制,在限制充电电流的同 时,保护开关管。在boost工作模式下,超级电容器 组放电,电感电流内环控制实现了对超级电容器 组放电电流的控制。
收稿日期:2011-09-02 基金项目:陕西省自然科学基金资助项目(2009JM7008);陕西省教育厅专项基金资助项目(09JK651、09JK647);陕西省
重点学科建设专项资金资助项目。 作者简介:杨惠(1978一),女,陕西咸阳人,博士生,研究方向为电力电子与电力传动及新能源发电技术。E.mail:ivyyang@
西安理工大学学报(2011)第27卷第4期
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图4 双向buck-boost电路的控制框图
Fig.4 The control diagram of the bi-dictionary buck.boost converter
图5为超级电容器组充放电的控制流程图。 可以根据直流母线电压的平均值与额定值之间的 关系来判断超级电容器组是充电状态还是放电 状态。
xaut.edu.cn。孙向东(1971一),男,辽宁辽中人,教授,博士,研究方向为现代交流调速、新型电力电子装置及新 能源发电系统。E—mail:sxdl030@163.corn。