基于DC/DC的超级电容均衡控制电路建模及控制策略研究

针对轨道交通再生制动能量回馈吸收利用系统的超级电容器储能系统,研究和设计了一种超级电容均衡模块,用于减少、甚至消除超级电容器模块间存在的电压不均衡,以此来有效提高超级电容器储能系统的电容容量利用率,并延长其寿命。模块采用一种新的二级式均衡电路,无需对模块电压进行采样,避免了复杂而庞大的采样和控制电路,大大提高了电路的稳定性。本文分析了所研究均衡电路的结构和工作原理,对电路控制策略和工作环路进行了详细设计。结合超级电容器储能系统的应用背景进行了仿真研究,验证了这种电压均衡控制模块的可行性。     

超级电容器储能系统电压均衡模块研究

此处研究和设计了一种超级电容均衡模块,用于减少甚至消除超级电容器模块之间存在的电压不均衡,以此来有效提高超级电容器储能系统的电容容量利用率,并延长其寿命。模块采用一种新的采样及控制模式,避免了庞大的电压检测电路和复杂的控制电路,通过单片机控制均衡电流和均衡时间,能对均衡速度和时间有效的控制。系统还具备与上位机通讯的功能,可以根据上位机的命令来执行操作,更加灵活方便。此处具体分析了所研究均衡电路的结构和工作原理,论证了该电路的特点和优势。结合超级电容器储能系统的应用背景设计了电路,进行了实验研究,验证了这种电压均衡控制模块的可行性。     

一种低损耗的超级电容器电压均衡电路的应用设计

建立了充电过程中串联超级电容器电压均衡模块充电损耗的数学模型,提出了一种低损耗的超级电容器开关电阻式电压均衡电路的设计方法.在1000W的光伏发电用超级电容器储能系统中,为超级电容器安装了采用这种方法设计的电压均衡模块,仿真和系统实验结果表明这种设计方法具有较高的实用价值.     

串联电容器组电压均衡研究

串联超级电容器组的电容电压不平衡是阻碍超级电容器储能应用发展的一个重要因素.讨论了常用的超级电容器均压方法,研究了一种新型电容器组电压均衡电路,详细分析了电路的工作原理并进行了实验验证.研究表明,该方法电压均衡速度快、结构简单、易于扩展,且具有较高的应用价值.     

一种新颖的串联超级电容器组的电压均衡方法

串联超级电容器组的电容电压不平衡是阻碍超级电容器储能应用发展的一个重要因素,实现串联超级电容器组的电压均衡可以延长超级电容器的使用寿命,增加储存能量,提高储能系统的可靠性。讨论了目前正在研究和已经应用的超级电容器电压均衡方法,鉴于它们的不足之处,提出了一种新颖的以单个电解电容器做能量传递器件的超级电容器电压均衡方法,并研制成功一套数字化控制均衡设备。仿真分析及实验结果表明:这种电压均衡方法效率高、均压速度快,在超级电容器储能系统中有很高的应用价值。     

超级电容器改进模型及其均压策略研究

提出了一种超级电容器改进模型,该模型由瞬时、短时、长时以及自放电4条支路组成,并考虑温度、端电压对超级电容器特性的影响,可准确反映冲放电过程中的非线性以及电压自恢复特性。在单体模型的基础上,基于单飞渡电容控制思路和均压策略,设计了储能模块的电压改进模型均衡电路和超级电容器组均压控制电路。仿真结果表明,单飞渡电容法减小了串联超级电容器之间的电压差,提高了电压一致性,取得了良好的均压效果。     

一种新型超级电容器组电压均衡系统设计

超级电容器单体端电压不高,对于大功率储能系统,为了满足容量和电压的需要,通常将多个超级电容器串联使用。单体性能参数存在一定的分散性,导致串联超级电容器组的电容电压不平衡。根据超级电容器的成组方式以及充电特性,设计了一种低能耗方式的电压均衡系统。该系统由信号采集电路、下位机、均衡开关电路,以及上位工控机组成,能够实现串联超级电容器充电时的电压采集、开关电路控制,使得超级电容器单体在充电时保持电压的一致性,从而实现超级电容器组容量的最大化利用。     

风电潮流优化控制系统的超电容均压策略

超级电容器是风电潮流优化控制系统中的关键储能元件之一,而高效可靠的串联均压策略是其实现中大功率场合应用的前提,为较好地实现均压效果,引入了一种超电容电压均衡控制策略的模型,并在此基础上提出了一种新颖的超电容电压均衡方法—相邻电感储能电压均衡法。该方法实时检测超电容组中各电容器电压,以电感为能量传递媒介,以半导体开关管为控制开关,将电压高的电容器能量转移到电压低的电容器中,实现了各超电容器的电压均衡。在详细介绍了该方法的工作原理后,给出了控制开关占空比的调节规律和电感参数的设计原则。最后,对两组串联超级电容器模块分别进行了仿真和实验,结果表明该方法极大地改善了超电容模块的电压一致性,电压均衡速度快、精度高,在风电潮流优化控制系统中有较高的应用价值。     

串联超级电容器组开关电感通断法均衡研究

超级电容器作为一种储能元件,具有高功率密度和高循环充放电能力,被广泛应用在工业上。为延长超级电容器的使用寿命,改善性能,在其充电时采用均衡电路。均衡电路启动后,能够将电压较高电容单体的能量转移到电压较低单体上,从而达到串联超级电容器组电压的动态均衡。笔者针对串联超级电容器组单体电压开关电感均衡系统的工作过程进行了计算和仿真,提出了均衡电路功率元件参数的选择方法和依据,介绍了实验主回路和控制回路软硬件的实现方法,并通过实验对该方法的均衡效果进行了分析,最终得到了比较理想的均衡效果和均衡速度。     

一种新型低损耗超级电容器均压策略

大规模串联超级电容器组中电容单体电压不均是影响超级电容储能技术发展的一个重要因素,实现超级电容串联时电压均衡是有效提高电容容量利用率,使用寿命,提高储能系统的可靠性。讨论了目前超级电容器均压的一般方法,并且提出了一种均压的新思路,同时省略了复杂的检测电路,从而减小了均压电路的复杂性,且详尽的分析了均压电路的工作原理,并且通过仿真验证了方法的可行性。     

半桥变换器与多变压器次级串联的超级电容均压

针对于超级电容串联储能系统中单体电压不均衡的问题,介绍了一种基于半桥变换器和多变压器次级串联的均压电路,可利用多次级绕组减小因变压器单元漏感误差而引起的超级电容单体电压不均衡。该电路结构简单,还可以均衡超级电容器的电压,恒定开关频率和占空比时不需要反馈控制环节。通过分析半桥变换器每个工作模态,建立了输出电压方程,推导了串联超级电容电压均衡方程。根据电路特性,分析了变压器匝比设计方程及实现软开关变压器原边漏感要求。仿真及实验结果表明此均压电路具有均压速度快且均压效果好的特点。     

串联超级电容器组的均压控制分析与研究

超级电容器作为一种高功率型储能装置,在生活中得到越来越广泛的应用,但是由于电容器单体电压较低,实际储能系统使用中必须通过串并联的方法构成超级电容器组.针对在应用过程中超级电容器串联存在的电压不均衡问题,文章提出了一种改进后的电容器均压控制电路.该电路由电容器、开关管以及变压器构成,通过反馈控制,简化参数计算,提高电压的一致性.最后在MATLAB/Simulink平台仿真验证了该控制电路下电压均衡速度快、误差小、且易于扩展,在电容器储能系统的使用中具有较高的应用价值.     

基于超级电容储能的动态电压恢复器研究

针对微电网电压闪变问题,研究了基于超级电容器储能的新型动态电压恢复器(DVR)系统。通过引入超级电容器储能,有效的利用了超级电容器极高的充放电能力和电荷储存能力,使动态电压恢复器在补偿电压时能快速提供稳定的电压。此外,通过研究基于超级电容的动态电压恢复器的控制策略,采用前馈加反馈的双闭环控制,引入了电容电流反馈,提高了系统的动态响应速度和控制精度。由于直流电源放电功率的提高,动态电压恢复器适用于频繁出现电压跌落的微电网线路,并且对阻性负载和阻感性负载有较好的适应性。仿真结果验证了理论分析的有效性和正确性。     

基于超级电容的双向DC-DC变换器控制研究

针对轨道交通1 500 V系统再生制动能量利用,研究了基于超级电容储能的输入串联多相并联双向DCDC变换器的控制及其系统能量管理策略。采用输入串联、多支路并联的拓扑结构降低了功率器件电压应力和电流应力及减小了无源滤波器件的体积,同时降低了1 500 V系统对储能元件超级电容的耐压及模组均压控制的要求,使得系统的可靠性更高。针对该拓扑结构的特点,结合工程实际应用,考虑超级电容容值参数差异性及大内阻的特点,以超级电容的能量利用最大化为优化目标,对其充放电过程中超级电容电荷状态误判及系统输入输出侧均压控制策略进行了优化设计。最后通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。     

超级电容器储能系统的应用研究综述

超级电容器储能对于平滑、缓冲不稳定电能需求,改善电能质量具有重要意义。这里从基本特性、模型研究、功率变换、控制策略及容量确定、系统综合优化与评估几个方面综述了超级电容器应用领域的研究现状,总结了各类超级电容模型、功率电路拓扑、非线性控制策略的特点。指出应通过系统的优化评估实现超级电容器储能系统整体性能的改善、储能利用率的提高以及构建成本的下降。     

阶梯式快速混合储能系统设计及控制策略研究

针对微风、弱光条件下,风能、太阳能发电系统中储能设备效率低的问题,提出超级电容器阶梯式快速储能模型,并以超级电容器和锂电池为基本储能元件设计了阶梯式快速混合储能系统。基于超级电容器快速充放电的特点,将多个超级电容器串联,设计了一种阶梯式快速储能设备。利用锂电池能量密度大的特点,将阶梯式快速储能设备与锂电池结合,设计实现了一种阶梯式快速混合储能系统。该系统可实现充电、控制、保护和显示等功能。经过试验验证,该系统可解决风力、光伏发电机在微风、弱光状态下,电池低电压运行的储能问题,有效提高了微能的利用率。     

一种具有实用拓扑的综合电能质量调节器的仿真和实验研究

提出了一种基于超级电容的新型电能质量调节器的实用方案。调节器拓扑采用双变换模式,输入侧采用12脉动多相整流,一是可以有效减小输入侧谐波电流,提高直流母线电压,二是多相整流的两套整流器中点直接将上下直流电容电压钳位在整流输出电压,省略了对直流电容的均压控制。超级电容模块接在直流母线上,在系统发生短时供电中断或电压暂降时,由超级电容向负载提供有功支持。研制了15kVA基于超级电容储能的新型综合电能质量调节器实验室样机。数字仿真及物理实验验证了所提拓扑结构和控制策略能够有效消除短时供电中断等电能质量问题的影响。     

制动能量回收系统中超级电容充放电特性研究

超级电容作为一种新型环保储能元件,被广泛应用于能量回收系统中,但其模组参数和充放电特性将影响储能系统的控制性能。论文根据系统要求,计算和选取了经济型超级电容模组,理论建模分析了超级电容的充放电特性,采用先恒流后恒压的充电和变负载放电方式,搭建了制动能量回收储能系统的超级电容充放电实验系统。实验验证了充电电流越大充电时间越短和放电电流能够自动匹配负载大小的充放电规律,同时验证了电流设定值对放电规律的影响。     

太阳能电动车混合储能系统的能量管理策略研究

论文提出了一种适用于太阳能电动车的混合动力储能系统方案,给出了该系统的能量管理控制算法,其核心是分配、协调和优化太阳能、蓄电池和超级电容的能量。该系统包含太阳能电池板、boost变换器、蓄电池、超级电容、双向DC／DC变换器和直流无刷电动机。文中提出了一种新的双向DC／DC变换器的控制方法,能够充分利用超级电容的快速充...     

一种应用于高电压侧测量系统的取能电源设计

介绍了一种应用于高压侧测量系统中的电源方案:通过一个特制的取能线圈,直接从高压侧电力线路获取电能。高转换效率的DC-DC模块降低了电源电路电能损耗从而降低启动电流,采用超级电容器使电源具有瞬间大功率供电、线路短时间停电持续供电等优点。经过实际运行检验,运行稳定可靠,有效地解决了高压侧有源电子设备的电源问题。