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超級電容器存儲技術研究

發布時間:2017-04-08 09:26:19
摘要:提出了超級電容充放電雙向DC-DC轉換器的控制方法,可以解決超級電容器的放電和放電問題。在PSCAD / EMTDC電力系統仿真軟件中,構建了超級電容器的充放電電路模型。通過分析無補償的雙向控制模型,使用PI或PID補償來實現系統的穩定性,并進行仿真。為了降低充電電流紋波,進一步提出超級電容器增壓的思路,給出了仿真結果。模擬系統的仿真結果和仿真結果表明,該方法是可行的。
超級電容器是近年來新能源裝置的研究熱點。它與傳統電容器不同,其容量可達到法拉第規格甚至數萬法拉,當電極端子的電壓超過額定電壓時,不能被穿孔。作為理想的新能源裝置,它的比功率和比能量在常規電容器和可充電電池之間,在許多應用中彌補了常規儲能裝置的單邊缺陷。另外還具有內阻小,充放電效率高(90%?95%),循環壽命長(數萬?100,000次),低溫性能,無污染等優點[1] 。這些優點使超級電容器非常適合短期大功率輸出應用。
追求穩定運行,可靠的供電系統近年來也引進了超級電容器作為新型儲能設備,使電力系統電壓波動,短期電源中斷等快速充放電,從而確保系統的安全可靠性。目前,超級電容器在電力系統中的應用已經掀起了高潮,實用超級電容器的充放電控制還不成熟。在本文中,雙向DC-DC轉換器適用于超級電容器的充放電過程。雙向控制模式的控制策略和PWM的控制策略分別用于不同的充放電條件下安裝PI和PID補償鏈路,以滿足絕大多數快速充放電需求超級電容器的場合。
1雙向DC-DC轉換器型號
雙向DC-DC轉換器是DC總線和超級電容器之間的循環切換控制。其目的是改變提供給超級電容器的電壓,并實際作為電壓調節系統運行。
為了滿足使用轉換器的需要,應采用逆變電流雙象限轉換器,當電容放電時,DC-DC轉換器處于升壓狀態,同時電容充電,電流反饋,DC-DC轉換器件處于降壓狀態。
系統設計轉換器可以半橋,由控制晶體管IGBT:S1和S2,續流二極管D1和D2,保護超級電容二極管D3和D4,電感L組成,見圖1。
當S1運行時,S2關閉,S1和D2形成降壓斬波電路,在這種情況下雙向DC-DC轉換器處于降壓狀態。在切換周期Ts中,當S1閉合時(即0
2雙向DC-DC轉換器控制模型
該系統測量直流母線和超級電容器的電壓,以確定雙向DC-DC轉換器是在Boost狀態還是Buck狀態下工作。當直流母線電壓迅速上升時,調節雙向DC-DC轉換器工作在降壓狀態,系統能量傳遞到超級電容器。在此之前,系統控制必須使電容器電壓處于低電平狀態。相反,當直流母線電壓迅速降低時,它將控制雙向DC-DC轉換器進入升壓狀態,超級電容器將能量釋放到系統中。通過控制S的占空比來調節雙向DC-DC轉換器的電壓
控制2.1Buck雙向DC-DC轉換器

2.2Boost型雙向DC-DC轉換器控制
在圖2中顯示了電路Vi側調節器,Boost型直流斬波器。將圖2中的S2的占空比設置為D,則D1的占空比(即S2斷開占空比)為(1-D)。

2.3雙向DC-DC轉換器控制框圖
通過自動控制理論知識,對于雙向DC-DC轉換器在超級電容充電過程中的Buck工作狀態下,通過比例積分(PI)補償鏈路校正可以使系統具有一定的相位裕量,使系統閉環穩定。 PI傳遞函數模型:

3模擬驗證
3.1恒流充電模擬
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