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超级电容器直流储能系统的分析和设计

作　者: 赵玉叶
导　师: 张纯江
学　校: 燕山大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 超级电容器储能系统双向DC/DC变换器 Buck储能态 Boost型BDC 备用状态统一控制器
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 273次
引　用: 1次
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内容摘要

随着新能源发电系统的不断扩大和微电网技术的进步,电能能量管理引起了更多的关注。超级电容器储能系统作为电能调节环节的重要组成部分,对其进行研究,具有十分重要的意义。敏感负荷以及集中式电网供电的种种弊端为能够改善电能质量的超级电容器储能系统提供了更广阔的发展空间。本文对用于储能阵列和直流母线的接口电路,双向DC/DC变换器工作在Buck储能态,Boost型BDC和备用状态三种状态之间的切换进行了研究。本文首先对超级电容器本身的工作原理和特性进行了详细的分析,然后通过恒流充放电的方式,观察超级电容器的端电压特性,对超级电容器的两种应用模型进行了比较,同时,对超级电容器储能阵列进行了优化。其次,针对超级电容器储能系统用于稳定直流母线电压这一个特定的场合,以及储能阵列自身的端电压波动大的特点,选择了相应的双向DC/DC变换器作为储能阵列和直流母线接口电路,并且对该变换器工作在不同状态时建立了相应的数学模型;同时,在对数学模型分析的基础之上,根据自动控制理论中的伯德图,对这三种工作状态设计了统一控制器:应用比例积分环节,就可以使储能系统在各自的工作状态下取得优良的动、静态性能。并且对统一控制器用于超级电容器储能系统进行了Matlab仿真和分析验证。最后,设计制作了一台200 V/1000 W双向DC/DC变换器,完成了Buck储能态,Boost型BDC和备用状态的实验,实验结果验证了理论分析的正确性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-16
  1.1 引言  8
  1.2 超级电容器及其储能应用的研究  8-14
    1.2.1 超级电容器的研究  8-9
    1.2.2 超级电容器储能系统应用研究  9-14
  1.3 本文选题意义与研究内容  14-16
第2章超级电容器的工作原理和特性分析  16-34
  2.1 引言  16
  2.2 超级电容器的工作原理及特点  16-20
    2.2.1 超级电容器的工作原理  16-18
    2.2.2 超级电容器的性能指标  18-19
    2.2.3 超级电容器的特点  19-20
  2.3 超级电容器的应用模型建立  20-24
    2.3.1 超级电容器的模型分类  20-22
    2.3.2 超级电容器模型参数确定  22-23
    2.3.3 超级电容器模型比较  23-24
  2.4 超级电容器的特性分析  24-31
    2.4.1 超级电容器充放电方式比较  25-27
    2.4.2 超级电容器充放电特性  27-31
  2.5 超级电容器储能阵列的优化分析  31-33
  2.6 本章小结  33-34
第3章超级电容器储能系统建模及控制  34-50
  3.1 引言  34
  3.2 功率变换器的选择  34-42
    3.2.1 超级电容器储能系统对功率变换器的要求  34-35
    3.2.2 双向功率变换器的确定  35-38
    3.2.3 双向半桥变换器的工作原理及状态的确定  38-42
  3.3 功率变换器的建模  42-47
  3.4 超级电容器储能系统控制  47-49
  3.5 本章小结  49-50
第4章全数字控制储能系统软硬件实现  50-62
  4.1 引言  50
  4.2 超级电容器储能系统设计  50-55
    4.2.1 电路器件的参数计算  51-53
    4.2.2 电路器件型号的选择电感器的设计  53-55
  4.3 辅助电路的设计  55-57
    4.3.1 采样电路设计  55-56
    4.3.2 保护电路设计  56-57
  4.4 软件设计  57-61
  4.5 本章小结  61-62
第5章系统的仿真和实验分析  62-76
  5.1 引言  62
  5.2 双向DC/DC 变流器Boost 型BDC 的仿真和实验  62-71
  5.3 双向 DC/DC 变流器 Buck 储能态的仿真和实验  71-75
  5.4 本章小结  75-76
结论  76-78
参考文献  78-83
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  83-84
致谢  84-85
作者简介  85

超级电容器直流储能系统的分析和设计

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