基于双向dc-dc变换器的超级电容器储能系统研究

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1、４５６西安理工大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（２０１１）Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．４文章编号：１００６４７１０（２０１１）０４０４５６０５基于双向ＤＣＤＣ变换器的超级电容器储能系统研究杨惠，孙向东，钟彦儒，陶柳英，张鹏程（西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西西安７１００４８）摘要：介绍了超级电容器的经典ＲＣ模型，详细分析了双向ＤＣＤＣ变换器的工作原理及控制策略。构建了基于双向ｂｕｃｋｂｏｏｓｔ电路的超级电容器储能系统模型，并进行了验证实验。实

2、验结果表明不论是模拟直流母线电压波动实验还是单相两级式光伏发电系统突加、突减负载实验，超级电容器都能够工作在优化的充放电状态，使得储能系统能够很好地抑制直流母线电压波动，从而提高整个系统的稳定性。关键词：超级电容器；储能；双向ＤＣＤＣ变换器；波动抑制中图分类号：ＴＭ４６文献标志码：ＡＲｅｓｅａｒｃｈｏｎａＳｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍ．ＢａｓｅｄｏｎＢｉＤｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＤＣＤＣＣｏｎｖｅｒｔｅｒＹＡＮＧＨｕｉ，ＳＵＮＸｉａｎｇｄｏｎｇ，ＺＨＯＮＧＹ

3、ａｎｒｕ，ＴＡＯＬｉｕｙｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＰｅｎｇｃｈｅｎｇ（ＦａｃｕｌｔｙｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００４８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｃｌａｓｓｉｃａｌＲＣｍｏｄｅｌｏｆａｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＴｈｅｗｏｒｋｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｔｈｅｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＤＣＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒａｒｅａ

4、ｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｂｕｃｋｂｏｏｓｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｃａｎｏｐｅｒａｔｅｉｎｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｈａｒｇｅｏｒｄｉｓｃｈａｒｇｅｓｔａｔｅａｎｄｔｈｅｅｎｅｒｇｙｓｔｏ

5、ｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｒｅｓｔｒａｉｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｔｈｅＤＣｂｕｓｖｏｌｔａｇｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓｏｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｎｏｍａｔｔｅｒｗｈｅｎｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｏｒｗｈｅｎｔｈｅｌｏａｄｃｈａｎｇｅｓｓｕｄｄｅｎｌｙｉｎｔｈｅｓｉｎｇｌｅｐｈａｓｅｔｗｏｓｔａｇｅＰＶｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ；ｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅ

6、；ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｂｕｃｋｂｏｏｓｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ超级电容器亦称双电层电容器，是２０世纪６０间供电中断等情况时，超级电容器可快速充放电以年代发展起来的一种新型储能元件。与常规电容器改善负荷电压，从而保证系统的安全性和可［３４］不同的是它的容量可达到法拉级甚至千法拉级，且靠性。具有功率密度高，充放电速度快，寿命长，工作温度本研究将非隔离型双向ｂｕｃｋｂｏｏｓｔ电路应用到范围宽，可靠性高以及无污染等特点。超级电容器超级电容器的充放电过程中，采

7、用电压电流双闭环的出现填补了传统静电电容器和化学电源之间的空控制策略，有效地抑制系统直流母线电压的波动。白，并以优越的性能及广阔的应用前景而受到了许１超级电容器储能系统［１２］多国家的重视。由于超级电容器储能密度大，且能快速地吸收和释放能量，因而在光伏发电、风力分布式发电系统的结构如图１所示。由分布式发电等分布式发电系统中对提高电能质量的作用重发电电路、超级电容器储能系统、逆变电路及负载组大。当分布式发电系统出现电压波动、大电网短时成。简化的储能系统如图１中的虚线框所示，主要收稿日期：２０１１

8、０９０２基金项目：陕西省自然科学基金资助项目（２００９ＪＭ７００８）；陕西省教育厅专项基金资助项目（０９ＪＫ６５１、０９ＪＫ６４７）；陕西省重点学科建设专项资金资助项目。作者简介：杨惠（１９７８），女，陕西咸阳人，博士生，研究方向为电力电子与电力传动及新能源发电技术。Ｅｍａｉｌ：ｉｖｙｙａｎｇ＠ｘａｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。孙向东（１９７１），男，辽宁辽中人，教授，博士，研究方向为现代交流调速、新型电力电子装置及新能源发电系统。Ｅｍａｉｌ：ｓｘｄ１０３０＠１６３．ｃｏｍ。杨惠