超級電容器儲釋能雙向變換器設計與仿真畢業(yè)論文-資料下載頁

　　

【正文】 1]Aewatert B，Cygan P J，Leung F C． Man portable poweneeds of the 21st century［J］． Power Sources，2000，91:27 36． [2] 廖志凌，阮新波. ,29(21):4652. [3] 汪娟華，范偉，張建成，阮軍鵬. ,24(2):14. [4] 溫鎮(zhèn),胡仁杰,[B],:913 [5] 涂煥雨,苑照軍,. 內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟,2009,(3):3335 [6] 王賢泉,[A]. 控制技術(shù),:5556 [7]劉建斌,易靈芝,王根平,顏志剛,李 [A]. 湖南工業(yè)大學學報,23(5):5559[8] 魯鴻毅, 何奔騰. ,2009,33(2):8791[9] Zhang Jiancheng. Research on Super Capacitor Storage System for Power Network [C]. PEDS 2005. Volume 2,.[10] 黃欣,張步涵. 基于EMTDC的超級電容器建模研究. 湖北工業(yè)大學學報,25(1):1014.[11] 楊惠,孫向東,鐘彥儒,陶柳英,張鵬程. 基于雙向 DC DC 變換器的超級電容器儲能系統(tǒng)研究[A]. 西安理工大學學報,2011,27(4):456460[12] 趙冉, 趙志英. 一種應用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的復合式DC/ DC ,29(6):1924[13] 張慧妍,齊智平,[J].,25( 12) : 97 99．[14] Pacheco V M，F(xiàn)reitas L C，Vieira Jr J B，et al．A DCDC converteradequate for alternative supply system applications[C]．Seventeenth Annual APEC，Dallas，TX，USA，2002． [15] 薛定宇, 陳陽泉. 基于Matlab/ Simulink 的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應用[M] . 北京: 清華大學出版社, 2002.六、指導教師意見 指導教師簽字： 年 月 日七、系級教學單位審核意見：審查結(jié)果： □ 通過 □ 完善后通過 □ 未通過 負責人簽字：年 月 日附錄2 燕 山 大 學本科畢業(yè)設計（論文）文獻綜述 課題名稱： 超級電容器儲釋能雙向變換器設計與仿真學院（系）： *** 年級專業(yè)： 08應用電子2班 學生姓名： *** 指導教師： *** 完成日期： 2012年3月21日 一、 課題國內(nèi)外現(xiàn)狀能源枯竭與環(huán)境污染問題已是目前全世界面臨的重大問題，許多國家采取了提高能源利用率、改善能源結(jié)構(gòu)、探索新能源和可再生能源等措施，以達到可持續(xù)發(fā)展的目的。充分開發(fā)利用太陽能是世界各國可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策，其中光伏發(fā)電最受矚目。獨立光伏發(fā)電技術(shù)作為光伏發(fā)電的主要形式，限制其發(fā)展的主要是光伏電池和儲能裝置，而儲能裝置又是其主要部件。目前儲能裝置主要是蓄電池，蓄電池雖然在現(xiàn)階段被廣泛應用，但是其具有充電時間長、循環(huán)壽命短、污染環(huán)境等儲能缺陷，而超級電容器儲能完全能彌補蓄電池的缺陷。因此超級電容器作為一種新型能源器件在光伏系統(tǒng)中的作用也越來越來突出。超級電容器也叫做電化學電容器，它性能穩(wěn)定，比容量為傳統(tǒng)電容器的20～200 倍，比功率一般大于1 000 W/ kg，循環(huán)壽命大于105 次，可存儲的能量比傳統(tǒng)電容要高得多，并且充電快速。由于它們的使用壽命非常長，可被應用于終端產(chǎn)品的整個生命周期。當高能量電池或燃料電池與超級電容器技術(shù)相結(jié)合時，可實現(xiàn)高比功率、高比能量特性和長的工作壽命。近年來，由于大功率超級電容器在電動車、太陽能裝置、重型機械等領域所表現(xiàn)出的朝陽產(chǎn)業(yè)趨勢，許多發(fā)達國家都已把超級電容器項目作為國家重點研究和開發(fā)項目，超級電容器的國內(nèi)外市場正呈現(xiàn)出前所未有的蓬勃景象。二、研究主要成果 超級電容器作為產(chǎn)品己經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，其應用范圍也越來越廣泛，無論是從小容量的特殊儲能到大容量大規(guī)模的電力儲能，還是從單獨儲能到混合儲能，超級電容器都展現(xiàn)了其在儲能領域的獨特優(yōu)勢。目前，超級電容器儲能技術(shù)的應用已經(jīng)商業(yè)化，其應用范圍概括如下幾個方面。(1)消費類電子設備在一些小功率的電子設備和各種消費類電子產(chǎn)品中，超級電容器作為電源或備用電源顯現(xiàn)出與眾不同的優(yōu)勢，在某些性能上優(yōu)于蓄電池等化學電池，如，照相機的閃光燈采用超級電容器后相機更加節(jié)能，性能也得到提升。另外，超級電容器在移動電話、對講機、筆記本電腦、電動玩具等方面具有應用，并取得了不錯的效果。 (2)工業(yè)電器工業(yè)電器方面的應用主要是儀器儀表、UPS(不間斷電源)和安防設備方面現(xiàn)在大部分的儀器儀表采用的是電池供電，電池的使用壽命短，需要經(jīng)常換，這給數(shù)據(jù)的長期保存、顯示等帶來不便。而超級電容器具有超長使用壽命，且免維護，還有超級電容器的瞬時大功率特性在很多方面也發(fā)揮了很好的作用。 (3)交通運輸超級電容器在交通運輸方面的應用主要是作為電動車的儲能電源，因此主要介紹其在電動車上的應用概況。超級電容器作為汽車儲能單元，可以較大地改善汽車啟動、制動性能，還能提高能量利用率，既節(jié)能又環(huán)保，因此，采用超級電容器作為電動車的動力電源將有很大發(fā)展前景，近年來，這方面的研究也取得了較大發(fā)展。 (4)電網(wǎng)/配電網(wǎng)的電力調(diào)峰和電能質(zhì)量改善超級電容器在這方面主要是用于電網(wǎng)或配電網(wǎng)的動態(tài)電壓補償(DvR)系統(tǒng)，以改善電網(wǎng)電能質(zhì)量。超級電容器的快速充放電及瞬時大功率特性，使其在電壓補償及改善電網(wǎng)質(zhì)量方面發(fā)揮重要作用。當電網(wǎng)出現(xiàn)電壓突降、驟升甚至間斷時，超級電容器能夠快速釋放其能量，及時補償電網(wǎng)功率，以維持電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。另外，超級電容器通過功率變換器可以實現(xiàn)無功功率補償、減少諧波等用途。(5)分布式發(fā)電系統(tǒng)由于可再生能源發(fā)電或分布式發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電設備的輸出功率具有不穩(wěn)定性和不可預測的特點，采用超級電容器儲能后，就能充分發(fā)揮其儲能特點。超級電容器應用于分布式發(fā)電系統(tǒng)可以單獨儲能，也可以和其它儲能裝置進行混合儲能。二、 發(fā)展趨勢： 在獨立運行系統(tǒng)中，儲能單元一般是不可以少的，它將由日照時發(fā)出的剩余的電能儲存起來供日照不足或沒有日照時使用。超級電容器作為一種新型能源器件在光伏系統(tǒng)中的作用也越來越來突出。 雖然離蓄電池還有一段距離，但隨著技術(shù)的發(fā)展，其能量密度要達到并超過蓄電池不是不可能，到那時，超級電容器將會給儲能帶來革命性的變化。超級電容器的不斷發(fā)展，將帶動儲能裝置的不斷變化。作為需要采用儲能裝置的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)，其儲能容量將大大提高，能量利用率也將大幅提升，也將引起能源結(jié)構(gòu)的巨大變化。在不斷擴大的市場需求面前，超級電容器行業(yè)還處于起步階段，現(xiàn)有超級電容器產(chǎn)品還存在不完善之處，尋找能夠克服現(xiàn)有產(chǎn)品功能不足的新技術(shù)方案，提升產(chǎn)品性能，降低產(chǎn)品價格，拓寬產(chǎn)品在新領域的應用，加強其與動力電池的合作才是超級電容器未來的發(fā)展趨勢和方向，尤其是其在新能源領域的應用更決定了其戰(zhàn)略價值，吸引了全球各主要國家投入大量的人力物力來研發(fā)。四、存在問題目前，由于超級電容器的成本較高，以及控制較復雜，所以造成其沒有大規(guī)模的應用。限制超級電容器發(fā)展的另一個因素是其能量密度還較低，與蓄電池相比還有一定的差距，此外，其端電壓較低，這些因素都限制了它還不能作為大規(guī)模的儲能裝置。對超級電容仍舊沿用信號、 濾波電容的模型, 對其電參數(shù)模型的分析還未見研究報道, 因此通過仿真及實驗分析建立精確的電參數(shù)模型是面臨的一個很重要的問題。五、主要參考文獻 [1]Aewatert B，Cygan P J，Leung F C． Man portable poweneeds of the 21st century［J］． Power Sources，2000，91:27 36．[2] 廖志凌，阮新波. ,29(21):4652. [3] 汪娟華，范偉，張建成，阮軍鵬. ,24(2):14.[4] 溫鎮(zhèn),胡仁杰,[B],:913.[5] 涂煥雨,苑照軍,. 內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟,2009,(3):3335.[6] 王賢泉,[A]. 控制技術(shù),:5556. [7]劉建斌,易靈芝,王根平,顏志剛,李 [A]. 湖南工業(yè)大學學報,23(5):5559[8] 魯鴻毅, 何奔騰. ,2009,33(2):8791[9] Zhang Jiancheng. Research on Super Capacitor Storage System for Power Network [C]. PEDS 2005. Volume 2,.[10] 黃欣,張步涵. 基于EMTDC的超級電容器建模研究. 湖北工業(yè)大學學報,25(1):1014.[11] 楊惠,孫向東,鐘彥儒,陶柳英,張鵬程. 基于雙向 DC DC 變換器的超級電容器儲能系統(tǒng)研究[A]. 西安理工大學學報,2011,27(4):456460[12] 趙冉, 趙志英. 一種應用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的復合式DC/ DC ,29(6):1924[13] 張慧妍,齊智平,[J].,25( 12) : 97 99．[14] Pacheco V M，F(xiàn)reitas L C，Vieira Jr J B，et al．A DCDC converteradequate for alternative supply system applications[C]．Seventeenth Annual APEC，Dallas，TX，USA，2002． [15] . 北京:國防工業(yè)出版社,2010 . 指導教師審閱簽字： 年 月附錄3燕 山 大 學本科畢業(yè)設計（論文）中期報告課題名稱：超級電容器儲釋能雙向變換器設計與仿真學院（系）： *** 年級專業(yè)： 08應電2班 學生姓名： *** 指導教師： *** 完成日期： 201252 一、對畢業(yè)設計的進展情況進行說明，按開題報告中的要求，哪些部分已完成，哪些尚未完成。 按照畢業(yè)設計任務書和開題報告中的要求，首先調(diào)研了解了光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲能單元的作用原理，掌握了超級電容器充放電特性，建立了適當?shù)某夒娙萜髂Ｐ汀ＴO計了基于光伏供電、適于超級電容器充放電控制的雙向DC/DC變換器系統(tǒng)。并且在此基礎上完成了獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的主電路的搭建。現(xiàn)階段針對主要部分即超級電容器的充放電控制進行研究，即對DC/DC變換器系統(tǒng)的控制策略的設計。超級電容器儲能系統(tǒng)主要的目的是穩(wěn)定直流母線電壓，并且要求在系統(tǒng)工作時能夠通過控制電感電流來控制超級電容器組的充電電流和放電電流 因此雙向 buckboost 變換器采用直流母線電壓外環(huán)控制和電感電流內(nèi)環(huán)控制的控制策略。在雙閉環(huán)的設計中，首先研究的是超級電容器充電過程的實現(xiàn)，即在DC/DC變換器工作在buck狀態(tài)時對超級電容器先恒流充電,后恒壓的充電過程的設計。關(guān)于仿真部分,也是將重點放在超級電容器的儲釋能單元,即針對DC/DC變換器系統(tǒng)對超級電容器的充放電過程的仿真。現(xiàn)階段完成了DC/DC變換器分別工作在buck、boost狀態(tài)下超級電容器充電、放電的仿真圖形即系統(tǒng)開環(huán)的仿真圖形。為了配合光伏發(fā)電系統(tǒng)的不穩(wěn)定性以及保證負載的供電質(zhì)量，還需要考慮光伏電池和超級電容器共同給負載供電的情況，以及何種狀態(tài)下控制超級電容器充放電。接下來還需要完成的是將搭建的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)結(jié)合主電路進行其仿真。 二、簡要說明畢業(yè)設計具體實施方案，查閱的主要文獻資料、設計思路、圖表繪制、設計方法進展情況。（1）超級電容器模型的選用實際上，超級電容器是一個復雜的阻容網(wǎng)絡，每一個支路都是由不同的電阻、電容以及相應的特性時間常數(shù)組成。由于超級電容器的內(nèi)部電阻和電容的形成較復雜，在實際應用中，不適合采用這種復雜的模型，就需要提出實用化的等效模型。目前，人們提出了不少超級電容器的應用模型，如經(jīng)典德拜極化電池模型和Newman等人提出的傳輸線模型等。其中，應用最多的模型為電容串并聯(lián)電阻型，如圖1所示，該模型稱為經(jīng)典模型，是目前被各種文獻引用最多的一種，主要用于原理性分析中。 圖1 超級電容器經(jīng)典等效電路模型其中，ESR(equivalent series resistance)為等效串聯(lián)電阻，EPR(equivalent parallel resistance)為等效并聯(lián)電阻，C為等效電容。ESR的大小對超級電容器的放電能力有重要的影響，放電電流的不同會引起其產(chǎn)生不同的壓降，在一定程度上影響了超級電容器的最大放電電流，此外還表征了超級電容器在充放電過程中產(chǎn)生的內(nèi)部發(fā)熱損耗。C為超級電容器的等效電容量，是直接表征其儲電能力的參數(shù)，單位為法拉級。生產(chǎn)超級電容器的廠家對參數(shù)的定義各有不同，但一般會給出以上兩個參數(shù)。EPR主要影響超級電容器的漏電流，從而影響電容器的長期儲能性能。EPR一般很大，可以達數(shù)萬歐姆，所示超級電容器的漏電流一般很小，只有幾十或幾百微安培。這個等效電路模型己經(jīng)被廣泛采用，事實證明，該模型能夠反映出超級電容器的基本物理特性，因此，本文在進行超級電容器仿真及理論分析時均采用了該模型。 (2)儲能主電路設計 作為儲能環(huán)節(jié)主電路，必須滿足能量可以雙向流動的條件，本