超级电容器储释能双向变换器设计与仿真毕业论文.doc

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1、超级电容器储释能双向变换器设计与仿真毕业论文目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1课题背景11.2超级电容器的发展概况和研究现状21.2.1超级电容器21.2.2超级电容器发展概况31.2.3超级电容储能系统技术研究现状41.3本文主要设计内容5第2章基于超级电容器储能的独立光伏系统72.1系统的总体结构设计72.2系统的储能分析92.2.1超级电容器在系统中的作用92.2.2系统能流模型分析102.3本章小结12第3章超级电容器工作原理和特性分析133.1超级电容器的工作原理及特点133.1.1超级电容器的工作原理133.1.

2、2超级电容器的特点143.2超级电容器的应用模型建立153.3超级电容的串并联设计163.4超级电容器充放电特性173.5本章小结19第4章超级电容器储能系统设计及控制策略214.1双向DC/DC变换器主电路设计214.1.1超级电容器储能系统对双向变换器的要求214.1.2双向DC/DC变换器的工作原理224.1.3双向变换器参数设计254.2储能系统控制策略的设计264.3本章小结29第5章超级电容器储能系统的仿真315.1双向DC/DC变流器Buck电路仿真315.2双向DC/DC变流器Boost电路仿真345.3本章小结35结论3

3、6参考文献37致谢39附录140附录246附录351附录459附录565第1章绪论第1章绪论1.1课题背景进入21世纪后，人类社会高速发展，同时却带来了众多的能源和环境问题。在有限的可利用能源和环境保护的双重制约面前，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战。能源和环境问题越来越突出，主要表现在传统能源的不断减少及其对环境造成的危害日益突出。为了解决能源危机，全世界都把目光投向了可再生能源，人们希望可再生能源能够缓解目前紧张的能源供应。而在可再生能源中太阳能由于其具有独特的优势越来越受到人们的重视，丰富的太阳能是取之不尽、用之不竭的，

4、分布范围广，为广泛利用创造了条件，同时不污染环境，可再生，是国际上公认的理想替代能源。太阳能开发利用技术发展很快，已经形成了一个产业链即光伏产业，包括纯多晶硅原材料生产、光伏电池生产、光伏电池组件生产及相关生产设备的制等。此外，太阳能光伏发电技术也已经取得了长足发展，但作为能源，太阳能最大的缺陷就在于其具有不稳定性及不连续性。为了充分利用太阳能，提供持续可靠的能源，通常在光伏发电系统中都需要增加储能装置。光伏系统采用储能技术，不仅能提供稳定而优质的电能，而且整个发电系统的运行可靠性及连续性都得到提高。因此，储能装置是光伏发电系统中的关键组

5、成部分。而目前，光伏发电系统普遍采用的是蓄电池储能，但蓄电池自身并不完善，循环寿命短、污染环境、对环境温度要求高、充电时间长和瞬时功率输出小等缺陷制约了光伏发电系统的大规模发展，增加了系统发电成本。20世纪70年代末出现了一种新型储能元件—超级电容器，其电容量为法拉级甚至达到数千法拉，充电速度非常快，单体可在数秒或数分钟内完成，并且具有大功率密度。由于其具有储能方面的独特特点，已经越来越受到人们重视。近年来，超级电容器取得了飞速发展，在诸多需要储能的领域已经开始广泛使用超级电容器。超级电容器作为储能装置具有很多优越的性能，在很多场合己经取

6、代了蓄电池进行储能，但同时也要看到超级电容器不利于储能的地方，超级电容器储能技术还有待进一步发展。69第1章绪论基于以上背景，本文主要围绕超级电容器储能系统及其在光伏发电系统中的应用进行研究，将超级电容器作为光伏发电系统的储能装置，以改善系统的输出电能质量，并提高系统的稳定性和供电持续性。本文所研究的光伏系统为独立光伏发电系统，据前人的文献，本文首先对超级电容器本体做了介绍，对超级电容等效电路模型及超级电容器组的串并联优化设计做了一下整理，其次对超级电容储能系统中的功率变换器(双向DC/DC变流器)进行分析，对一具体应用于超级电容储能系统

7、的双向DC/DC变流器进行了硬件电路的搭建，并对双向DC/DC变流器进行了建模及闭环参数设计，最后通过搭建的实验平台对超级电容储能系统的超级电容储能和超级电容释能进行了验证，仿真和实验验证了通过对双向DC/DC变换器的闭环控制设计，超级电容器储能系统可以平衡电能供需不平衡问题。1.2超级电容器的发展概况和研究现状1.2.1超级电容器目前，关于超级电容器的分类方法并未完全统一，一般认为超级电容器包括双电层电容器(ElectricDoubleLayerCapacitor，EDLC)和电化学电容器(ElectrochemicalCapacito

8、r)两大类。其中，双电层电容器采用高比表面积活性炭，并基于碳电极与电解液界面上的电荷分离而产生双电层电容。电化学电容器采用RuO，等贵金属氧化物作电极，在氧化物电极表面及体相发生氧化还原反应而