超级电容器储释能双向变换器设计与仿真毕业论文.doc

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 I Abstract II 第1章 绪论 1 1.1 课题背景 1 1.2超级电容器的发展概况和研究现状 2 1.2.1超级电容器 2 1.2.2超级电容器发展概况 3 1.2.3超级电容储能系统技术研究现状 4 1.3本 5 第2章 基于超级电容器储能的独立光伏系统 7 2.1系统的总体结构设计 7 2.2系统的储能分析 9 2.2.1超级电容器在系统中的作用 9 2.2.2系统能流模型分析 10 2.3本章小结 12 第3章 超级电容器工作原理和特性分析 13 3.1超级电容器的工作原理及特点 13 3.1.1超级电容器的工作原理 13 3.1.2超级电容器的特点 14 3.2超级电容器的应用模型建立 15 3.3超级电容的串并联设计 16 3.4超级电容器充放电特性 17 3.5本章小结 19 第4章 超级电容器储能系统设计及控制策略 21 4.1双向DC/DC变换器主电路设计 21 4.1.1超级电容器储能系统对双向变换器的要求 21 4.1.2双向DC/DC变换器的工作原理 22 4.1.3双向变换器参数设计 25 4.2储能系统控制策略的设计 26 4.3本章小结 29 第5章 超级电容器储能系统的仿真 31 5.1双向DC/DC变流器Buck电路仿真 31 5.2双向DC/DC变流器Boost电路仿真 34 5.3本章小结 35 结论 36 参考文献 37 致谢 39 附录1 40 附录2 46 附录3 51 附录4 59 附录5 65 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，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。 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(Electric Double Layer Capacitor，EDLC)和电化学电容器(Electro