超级电容器存储技术研究
发布时间:2017-04-08 09:26:19
摘要：提出了超级电容充放电双向DC-DC转换器的控制方法，可以解决超级电容器的放电和放电问题。在PSCAD / EMTDC电力系统仿真软件中，构建了超级电容器的充放电电路模型。通过分析无补偿的双向控制模型，使用PI或PID补偿来实现系统的稳定性，并进行仿真。为了降低充电电流纹波，进一步提出超级电容器增压的思路，给出了仿真结果。模拟系统的仿真结果和仿真结果表明，该方法是可行的。
超级电容器是近年来新能源装置的研究热点。它与传统电容器不同，其容量可达到法拉第规格甚至数万法拉，当电极端子的电压超过额定电压时，不能被穿孔。作为理想的新能源装置，它的比功率和比能量在常规电容器和可充电电池之间，在许多应用中弥补了常规储能装置的单边缺陷。另外还具有内阻小，充放电效率高（90％〜95％），循环寿命长（数万〜100,000次），低温性能，无污染等优点[1] 。这些优点使超级电容器非常适合短期大功率输出应用。
追求稳定运行，可靠的供电系统近年来也引进了超级电容器作为新型储能设备，使电力系统电压波动，短期电源中断等快速充放电，从而确保系统的安全可靠性。目前，超级电容器在电力系统中的应用已经掀起了高潮，实用超级电容器的充放电控制还不成熟。在本文中，双向DC-DC转换器适用于超级电容器的充放电过程。双向控制模式的控制策略和PWM的控制策略分别用于不同的充放电条件下安装PI和PID补偿链路，以满足绝大多数快速充放电需求超级电容器的场合。
1双向DC-DC转换器型号
双向DC-DC转换器是DC总线和超级电容器之间的循环切换控制。其目的是改变提供给超级电容器的电压，并实际作为电压调节系统运行。
为了满足使用转换器的需要，应采用逆变电流双象限转换器，当电容放电时，DC-DC转换器处于升压状态，同时电容充电，电流反馈，DC-DC转换器件处于降压状态。
系统设计转换器可以半桥，由控制晶体管IGBT：S1和S2，续流二极管D1和D2，保护超级电容二极管D3和D4，电感L组成，见图1。
当S1运行时，S2关闭，S1和D2形成降压斩波电路，在这种情况下双向DC-DC转换器处于降压状态。在切换周期Ts中，当S1闭合时（即0
2双向DC-DC转换器控制模型
该系统测量直流母线和超级电容器的电压，以确定双向DC-DC转换器是在Boost状态还是Buck状态下工作。当直流母线电压迅速上升时，调节双向DC-DC转换器工作在降压状态，系统能量传递到超级电容器。在此之前，系统控制必须使电容器电压处于低电平状态。相反，当直流母线电压迅速降低时，它将控制双向DC-DC转换器进入升压状态，超级电容器将能量释放到系统中。通过控制S的占空比来调节双向DC-DC转换器的电压
控制2.1Buck双向DC-DC转换器
2.2Boost型双向DC-DC转换器控制
在图2中显示了电路Vi侧调节器，Boost型直流斩波器。将图2中的S2的占空比设置为D，则D1的占空比（即S2断开占空比）为（1-D）。
2.3双向DC-DC转换器控制框图
通过自动控制理论知识，对于双向DC-DC转换器在超级电容充电过程中的Buck工作状态下，通过比例积分（PI）补偿链路校正可以使系统具有一定的相位裕量，使系统闭环稳定。 PI传递函数模型：
3模拟验证
3.1恒流充电模拟
超级电容器是近年来新能源装置的研究热点。它与传统电容器不同，其容量可达到法拉第规格甚至数万法拉，当电极端子的电压超过额定电压时，不能被穿孔。作为理想的新能源装置，它的比功率和比能量在常规电容器和可充电电池之间，在许多应用中弥补了常规储能装置的单边缺陷。另外还具有内阻小，充放电效率高（90％〜95％），循环寿命长（数万〜100,000次），低温性能，无污染等优点[1] 。这些优点使超级电容器非常适合短期大功率输出应用。
追求稳定运行，可靠的供电系统近年来也引进了超级电容器作为新型储能设备，使电力系统电压波动，短期电源中断等快速充放电，从而确保系统的安全可靠性。目前，超级电容器在电力系统中的应用已经掀起了高潮，实用超级电容器的充放电控制还不成熟。在本文中，双向DC-DC转换器适用于超级电容器的充放电过程。双向控制模式的控制策略和PWM的控制策略分别用于不同的充放电条件下安装PI和PID补偿链路，以满足绝大多数快速充放电需求超级电容器的场合。
1双向DC-DC转换器型号
双向DC-DC转换器是DC总线和超级电容器之间的循环切换控制。其目的是改变提供给超级电容器的电压，并实际作为电压调节系统运行。
为了满足使用转换器的需要，应采用逆变电流双象限转换器，当电容放电时，DC-DC转换器处于升压状态，同时电容充电，电流反馈，DC-DC转换器件处于降压状态。
系统设计转换器可以半桥，由控制晶体管IGBT：S1和S2，续流二极管D1和D2，保护超级电容二极管D3和D4，电感L组成，见图1。
当S1运行时，S2关闭，S1和D2形成降压斩波电路，在这种情况下双向DC-DC转换器处于降压状态。在切换周期Ts中，当S1闭合时（即0
2双向DC-DC转换器控制模型
该系统测量直流母线和超级电容器的电压，以确定双向DC-DC转换器是在Boost状态还是Buck状态下工作。当直流母线电压迅速上升时，调节双向DC-DC转换器工作在降压状态，系统能量传递到超级电容器。在此之前，系统控制必须使电容器电压处于低电平状态。相反，当直流母线电压迅速降低时，它将控制双向DC-DC转换器进入升压状态，超级电容器将能量释放到系统中。通过控制S的占空比来调节双向DC-DC转换器的电压
控制2.1Buck双向DC-DC转换器
2.2Boost型双向DC-DC转换器控制
在图2中显示了电路Vi侧调节器，Boost型直流斩波器。将图2中的S2的占空比设置为D，则D1的占空比（即S2断开占空比）为（1-D）。
2.3双向DC-DC转换器控制框图
通过自动控制理论知识，对于双向DC-DC转换器在超级电容充电过程中的Buck工作状态下，通过比例积分（PI）补偿链路校正可以使系统具有一定的相位裕量，使系统闭环稳定。 PI传递函数模型：
3模拟验证
3.1恒流充电模拟
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