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超级电容器储能系统的直流变换技术研究

作　者: 吴延平
导　师: 张莉
学　校: 大连理工大学
专　业: 电机与电器
关键词: 超级电容器均压策略双向DC/DC变换器反馈控制
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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引　用: 1次
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内容摘要

超级电容器作为一种新型储能元件具有单体电容量大,充放电速度快,使用寿命长,对环境无污染等诸多优点,它的能量密度高于传统的静电电容,功率密度高于普通蓄电池,因此,超级电容器在分布式发电系统、配电网系统、电动汽车和不间断电源(UPS)等领域有非常广阔地发展空间。超级电容器储能技术也成为近些年国内外专家学者研究的热点。受制于电解质的击穿电压等原因,超级电容器的单体电压比较低,在构建储能系统时通常采用多只超级电容器串并联的结构。但是,因超级电容器自身参数存在差异,在系统充放电过程中必然会出现超级电容器单体之间的电压不平衡现象,进而影响到储能系统的效率和能量利用率,甚至影响超级电容器的使用寿命。针对上述问题,本文设计了一种基于超级电容器储能阵列的储能系统,并提出了均压放电控制策略,通过开关管对超级电容器储能系统的串并联结构进行重组,可以将电压失衡达到最小化,从而实现超级电容器能量的高效利用,并通过理论分析和实验研究进一步验证了该策略的可行性。由于超级电容器在放电时电压不断下降,不宜直接对负载供电,通常需要在超级电容器和负载之间加入功率变换环节。本文通过对双向DC/DC变换器的理论分析,建立了超级电容器储能系统的直流变换模型,对不同的功率流向采用不同的控制方法,并进行了仿真与实验验证,能够进一步提高超级电容器的能量利用率,对于超级电容器储能系统有一定的实际应用价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 课题的背景和意义  8-9
  1.2 超级电容器储能技术的发展状况  9-13
    1.2.1 超级电容器的特点  9-10
    1.2.2 超级电容器的储能原理  10-11
    1.2.3 超级电容器储能技术的应用概况  11-13
  1.3 本文的主要工作  13-14
    1.3.1 论文的主要研究内容  13
    1.3.2 论文的结构安排  13-14
2 超级电容器储能阵列的设计与仿真  14-25
  2.1 超级电容器储能阵列的设计  14-17
    2.1.1 超级电容器模型的建立  14
    2.1.2 超级电容器储能阵列的优化  14-17
  2.2 超级电容器储能阵列的均压放电控制策略研究  17-24
    2.2.1 储能阵列的均压控制策略  17-21
    2.2.2 储能阵列均压放电的仿真  21-22
    2.2.3 储能阵列均压充电的仿真  22-24
  2.3 本章小结  24-25
3 系统的总体设计  25-31
  3.1 主电路结构设计  25-26
  3.2 功率MOSFET驱动电路设计  26-30
    3.2.1 功率MOSFET的特点和驱动原理分析  26-27
    3.2.2 功率MOSFET驱动的硬件实现  27-30
  3.3 本章小结  30-31
4 双向DC/DC变换器的设计与仿真  31-52
  4.1 双向DC/DC变换器的设计  31-40
    4.1.1 双向DC/DC变换器的概述  31-32
    4.1.2 双向DC/DC变换器的工作原理  32-36
    4.1.3 主要电路元件参数的选择  36-37
    4.1.4 缓冲电路的设计  37-40
  4.2 双向DC/DC变换器的控制模型与仿真  40-50
    4.2.1 boost升压模式的控制模型  40-42
    4.2.2 boost升压模式的仿真  42-44
    4.2.3 buck降压模式的控制模型  44-47
    4.2.4 buck降压模式的仿真  47-50
  4.3 本章小结  50-52
5 系统的仿真与实验结果分析  52-55
  5.1 系统的仿真  52-53
  5.2 系统的实验  53-54
  5.3 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-58
附录A 超级电容器储能系统样机图片  58-59
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  59-60
致谢  60-61

超级电容器储能系统的直流变换技术研究

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