超级电容器储能系统的应用研究综述

超级电容器储能系统的应用研究综述

张慧妍１程楠１景阳１，２

１．北京工商大学，计算机与信息工程学院，北京 １０００４８；

２．中国核工业集团公司，中核（北京）仪器厂，北京１００１７６

摘要：超级电容器储能对于平滑、缓冲不稳定电能需求，改善电能质量具有重要意义。这里从基本特性、模型研究、功率变换、控制策略及容量确定、系统综合优化与评估几个方面综述了超级电容器应用领域的研究现状，总结了各类超级电容模型、功率电路拓扑、非线性控制策略的特点。指出应通过系统的优化评估实现超级电容器储能系统整体性能的改善、储能利用率的提高以及构建成本的下降。

超级电容器；储能系统；功率变换器；控制策略

ＴＭ９Ａ１０００－１００Ｘ　（２０１１　）　１２－００５１－０３

Ａ　Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｓｕｐｅｒ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　

ＺＨＡＮＧ　Ｈｕｉ－ｙａｎＣＨＥＮＧ　ＮａｎＪＩＮＧ　Ｙａｎｇ

“十一五”国家科技支撑计划（２００６ＢＡＡ０４Ｂ０５）

２０１１－１０－１１

作者简介：张慧妍（１９７３－），女，博士，副教授，研究方向为

控制理论在超级电容器储能系统中的应用。

过程未来的

＠＠［１］ Ｂｅｌｈａｃｈｅｍｉ　Ｆ，Ｒａｅｌ　Ｓ，Ｄａｖａｔ　Ｂ．Ａ　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｂａｓｅｄ　Ｍｏｄｅｌ　ｏｆ Ｐｏｗｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒ　Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ［Ａ］．Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．Ｒｏｍｅ，　２０００　：　３０６１－３０７６．

＠＠［２］ Ｎｅｌｍｓ　Ｒ　Ｍ，Ｃａｈｅｌａ　Ｄ　Ｒ，Ｂｒｕｃｅ　Ｊ．Ｔａｔａｒｃｈｕｋ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｄｏｕｂｌｅ　Ｌａｙｅｒ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒ　Ｂｅｈａｖｉｏｒ　Ｕｓｉｎｇ　Ｌａｄｄｅｒ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ［Ｊ］． ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．　ｏｎ　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００３， ３９　（２）　：　４３０－４３８．

＠＠［３］ Ｓｐｙｋｅｒ　Ｒ　Ｌ，Ｎｅｌｍｓ　Ｒ　Ｍ．Ｃｌａｓｓｉｃａｌ　Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｐａ ｒａｍｅｔｅｒｓ　ｆｏｒ　ａ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｌａｙｅｒ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒ［Ｊ］．ｌＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．　ｏｎ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，　２０００，３６　（３）　：　８２９－８３６．＠＠［４］ Ｓｃｈｕｐｂａｃｈ，Ｒ　Ｍ，Ｂａｌｄａ，Ｊ　Ｃ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ＤＣ／ＤＣ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｆｏｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｉｎ　Ｈｙｂｒｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅｓ　［Ａ］． Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｍａｃｈｉｎｅｓ　ａｎｄ　Ｄｒｉｖｅｓ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．２００３，７： １３６９－１３７４．

＠＠［５］ Ｆ　Ｃｉｃｃａｒｅｌｌｉ，Ｄ　Ｌａｍｉａ．Ｓｌｉｄｉｎｇ－ｍｏｄｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｂｉｄｉｒｅｃ ｔｉｏｎａｌ ＤＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｆｏｒ　Ｓｕｐｅｒ－ｃａｐａｃｉｔｏｒ　Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ａ］．Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　Ｐｏｗ ｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｄｒｉｖｅｓ，　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｍｏ　－ ｔｉｏｎ［Ｃ］．２０１０　：　１１１９－１１２２．

＠＠［６］ Ｊｉａｎｂｏ　Ｃａｏ，Ｂｉｎｇｇａｎｇ　Ｃａｏ，Ｚｈｉｆｅｎｇ　Ｂａｉ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｎｅｒｇｙ－ｒｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ　Ｆｕｚｚｙ　Ｓｌｉｄｉｎｇ　Ｍｏｄｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ＵＩ ｔｒａｃａｐａｃｉｔｏｒ　Ｂａｔｔｅｒｙ　Ｈｙｂｒｉｄ　Ｐｏｗｅｒ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ［Ａ］． Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａ ｔｉｏｎ［Ｃ］．２００７　：　１５７０－１５７５．

＠＠［７］ Ａ　Ｖａｈｉｄｉ，Ｗ　Ｇｒｅｅｎｗｅｌｌ．Ａ　Ｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ　Ｍｏｄｅｌ　Ｐｒｅｄｉｃ ｔｉｖｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ａｐｐｒｏａｃｈ　ｔｏ　Ｐｏｗｅｒ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ａ　ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ－ｕｌｔｒａｃａｐａｃｉｔｏｒ　ｈｙｂｒｉｄ［Ａ］．Ｐｒｏｃ．　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｃｏｎ ｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．２００７　：　５４３１－５４３７．

＠＠［８］ Ｇ　Ｇｕｉｄｉ，Ｔ　Ｍ　Ｕｎｄｅｌａｎｄ，Ｙ　Ｈｏｒｉ．Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｌｅｃ ｔｒｏｎｉｃｓ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｆｏｒ　Ａｕｘｉｌｉａｒｙ　Ｐｏｗｅｒ　Ｂｕｆｆｅｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ Ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ［Ａ］．ＩＥＥＥ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．２００８　：　１－６．

＠＠［９］　ＢＥＲＮＡＲＤ　Ｊ，　ＤＥＬＰＲＡＴ　Ｓ，　ＢＵＥＣＨＩ　Ｆ，　ｅｔ　ａｌ．Ｇｌｏｂａｌ　Ｏｐ ｔｉｍｉｓａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ａ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ　Ｈｙ ｂｒｉｄ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　（ＦＣＨＶ）　［Ａ］．Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．２００６　：　１－６．

＠＠［１０］　Ｓ　Ｍ　Ｈａｌｐｉｎ，Ｓ　Ｒ　Ａｓｈｃｒａｆｔ．Ｄｅｓｉｇｎ　Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　Ｓｉｎ ｇｌｅ－ｐｈａｓｅ　Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｉｅｓ　Ｕｓｉｎｇ　Ｄｏｕｂｌｅ ｌａｙｅｒ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ　ａｓ　ｔｈｅ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｅｌｅｍｅｎｔ［Ａ］．Ｉｎ ｄｕｓｔｒｙ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．１９９６：２３９６－２４０３．＠＠［１１］ Ｍｉｓｈｉｍａ　Ｔ，Ｏｈｎｉｓｈｉ　Ｔ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＥＤＬＣ ｂａｓｅｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ　ｆｏｒ　ａ　Ｐａｒｔｉａｌｌｙ　Ｓｈａｄｅｄ　ＰＶ　Ａｒ ｒａｙ［Ｊ］．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００３：１３０８－１３１３．＠＠［１２］　Ｐｅｒｒｉｎ　Ｍ，Ｍａｌｂｒａｎｃｈｅ　Ｐ，Ｍａｔｔｅｒａ　Ｆ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ　ｏｆ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓ　ｆｏｒ　ＰＶ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ［Ａ］． Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ［Ｃ］．２００３　：　２１９４－２１９７．