超级电容器在风光互补发电系统中充电控制的研究Word文件下载.doc
《超级电容器在风光互补发电系统中充电控制的研究Word文件下载.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超级电容器在风光互补发电系统中充电控制的研究Word文件下载.doc（4页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
因为受外界日照、温度及风力的影响，电能的储存及管理成为一
个极为关键的环节[1]。
目前，铅酸蓄电池是风光互补发电系统中
常用的储能装置，但它存在如循环寿命短、功率密度低、维护量
大等缺点[2]。
更重要的风光互补发电系统受气候等自然因素的影响，
其发电输出功率具有不稳定和不可预测性，会导致蓄电池常处于
充放电电流小的状态，加快了老化进程，缩短了循环使用寿命[3]，
这就相应增大了风光互补发电系统的运行成本，因此，电能的储
存是风光互补发电系统亟待解决的问题。
超级电容器是一种新型储能器件，充电时处于理想极化状态
的电极表面，电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子，使其附
于电极表面，形成双电荷层，构成双电层电容。
它兼有常规电容
器功率密度大、充电电池能量密度高的优点，可快速充放电且寿
命长，具有卓越的储能优势[4]。
在电力系统中，超级电容器多用
于短时间、大功率的负载平滑和电能用量高峰值功率场合，可在
电压跌落和瞬态干扰期间提高供电水平[5-6]，因此，在风力发电
和太阳能发电系统的电能储存方面具有很强的实用性和可行性。
风力和太阳能所发电能满足负载所需时，超级电容器充电以储存
多余电能；
反之，超级电容器则放电以作为负载的能量补充。
可见，
这就要求超级电容器能够快速、稳步充电和放电。
图1超级电容器储能的风光互补发电系统的结构图
U2U1D
图2超级电容器充电控制的主电路图
2005年，美国加利福尼亚州建造了1台450kW的超级电容器储能
装置，用以减轻950kW风力发电机组向电网输送功率的波动。
张
步涵等[7] 提出了一种将串、并联型超级电容器储能系统应用于异
步发电机的风力发电系统的新思路，以同时双向、大范围、快速
调节有功功率和无功功率，很好地改善了风电的电能质量和稳定
性。
1-D
1-D
图2为超级电容器充电控制的主电路图。
它实现了对超级电
容器充电过程中三种充电模式（CCCM、CVCM、CPCM）随外界条
件的改变而自动切换的功能，这对超级电容器快速、稳步的充电
起了极为重要的作用。
其关键结构主要是由Boost-Buck直流斩波
I2I11-D
器构成。
直流斩波器在工作时，通过调节IGBT门极触发信号的占
I2
根据超级电容器的充电特性,本文提出了一种风光互补发电
D
空比D，来改变输出的电流和电压。
超级电容器组两端的充电电压
系统中超级电容器的充电方案。
此方案包括恒流充电、恒功率充
U2满足以下关系式：
U2=U11-D
D ，根据不同的电压等级，U2可以
电及恒压充电3种模式，其工作特点是随外界环境因素的变化,超
级电容器的3种充电模式也会随之自动相互切换，以最大限度地
利用风力发电机和光伏电池发出的电能。
1超级电容器储能的风光互补发电系统的结构
图1为利用超级电容器储能的风光互补发电系统的结构图。
此系统主要由电源、起到MPPT作用的直流斩波-DC/DC换流器
[8-9]、超级电容器储能系统、负载4部分构成。
风力发电机和太阳
能电池作为此系统的电源，对风力和光能的依赖性能很大，其输
出的电压不稳定，因此，需要经过起到MPPT作用的Boost-Buck
DC-DC换流器的调节，使其稳定在负载工作时所需的某一电压值。
超级电容器组则并联在DC/DC换流器与负载之间。
系统工作时，
比U1高,也可以比U1低。
当0<
D<
0.5时为降压，当0.5<
1
时为升压。
超级电容器输入电流I2则满足以下关系式I2=I1D-D。
2充电控制方案的流程图
图3为提出的超级电容器充电控制方案的流程图，其中Tmax
为超级电容器自保护温度，Ufull为超级电容器充满电时的电压，Ir
为设定电流值，Ur为设定电压值。
此流程主要包括温度保护和充
电控制模式两大部分。
为了保证超级电容器组的正常使用及使用寿命，此方案中设
置了温度保护程序。
当超级电容器的温度小于其最大允许温度Tmax
时才运行，反之超级电容器将起动超温保护，通过断开充电回路
以保护超级电容器。
基金资助：
东莞市科学技术局科技计划项目基金资助，项目编号：
200910812716
6月下.indd149
149 2010•6（下）《科技传播》
2
2010-7-114:
03:
36
UUD
U2U11-DD
应用技术 AppliedTechnology
I2I11DD
D
I2I11-D
图3风光互补发电系统中超级电容器充电控制方案的流程图
图4只串入限流电阻的充电方法的电压变化曲线
在充电模式控制中，当超级电容器处于初始充电状态时，电
容器两端电压很小，而充电电流很大，因此，此时采用恒流充电
控制模式；
当充电电流I2小于给定值Ir时，充电模式则自动切换
到恒功率充电模式，在此模式下随着电容器两端电压的增大，充
电电流开始下降；
而当超级电容器两端电压等于某一给定值Ufull
时，再自动切换为恒电压充电模式。
也就是通过这3种恒流、恒
功及恒压充电模式有条件的自动切换，来实现对超级电容器快速、
稳步的充电，下面将通过Matlab/Simulink仿真来证明这种方案的
可行性。
3充电控制方案的Matlab/Simulink仿真
我们对普通的只串入限流电阻的超级电容器充电电路进行仿
真，其实结果如图4。
从图4中可以看出电流在充电伊始数值很大，
然后就以较快的速度下降直至充电结束。
而电压则在初始充电状
态下很小，随充电时间的增大，电压升高直到Ufull=300V。
图6提出的超级电容器充电控制方案的仿真结果
图6为提出的超级电容器充电控制方案的仿真结果。
其中
Ufull=300V，充电时恒定Ir为30A，Ur=220V。
从图6中明显可以
看出，由于加入了恒功率充电模式，充电时间比先恒流后恒压的
充电方案缩短了近一半，比只串入限流电阻的充电方案缩短时间
更多。
由此可证明，本文所提出充电控制方案对超级电容器快速、
稳步充电的可行性。
4结论
利用超级电容器作为风光互补发系统中的储能装置，提出一
种超级电容器应用在风光互补发电系统中的充电控制方案。
其充
电控制方案由恒压充电、恒流充电和恒功充电三种控制模式构成。
Matlab/Simulink仿真证明：
由于恒功率充电模式的加入，对超级
电容器充电的时间大大减少，可以实现对超级电容器组快速稳步
的充电，以有效储存和利用风力和太阳能发出的电能。
参考文献
[1]桂长清.风能和太阳能发电系统中的储能电池[J].电池工
业，2008，13
（1）：
50-54.
[2]李少林，姚国兴.风光互补发电蓄电池超级电容器混合储
能研究[J].电力电子技术，2010，44
（2）：
12-14.
[3]欧阳名三.独立光伏系统中蓄电池管理的研究.合肥：
合
肥工业大学，2004.
[4]GAOL，DOUGALRA，LIUS.PowerEnhancementofan
ActivelyControlledBattery/UltracapacitorHybrid[J].
IEEETrans.onPowerElectronics，2005，20
（1）：
236-243.
[5]CHADABBEY，GEZAJOOS.Supercapacitor
energystorageforwindenergyapplications[J].IEEE
TransactionsonIndustryApplications，2007，43（3）：
图5为先恒流后恒压的充电方案仿真。
从图5可以看出，当
769-776.
3
充电恒定电流为30A时，电压达到Ufull=300V所需时间比只串入
限流电阻的普通充电方法有所缩短。
图5先恒流后恒压的充电方案仿真
（上接第145页）
水泥用大厂生产的,卵石2~4cm，砂为中砂，含泥量在规范要求内。
桩管内浇灌砼后应先振动5~10s，再开始拔管，边震边拔，每
上拔0.5~1m，应停拔并振动5~10s，拔管速度控制在1.0m/min以内。
空孔桩应及时用砂石回填，以确保施工人员安全。
钢筋严格按图
纸制作，严格控制笼顶标高。
砼试块应按规定制作，保养并及时
送检。
桩尖应到指定厂家购买并有出厂合格证。
现场应及时、准确、
真实记录以及及时签证。
《科技传播》2010•6（下） 150
6月下.indd150
[6]KINJOT，SENJYUT，URASAKIN，etal.Output
levelingofrenewableenergybyelectricdouble-layer
capacitorappliedforenergystoragesystem[J].IEEE
TransactiononEnergyConversion，2006，21
（1）：
221-227.
[7]张步涵，曾杰，毛承雄，等.串并联型超级电容器储能系
统在风力发电中的应用[J].电力自动化设备，2008，28（4）：
1-4.
[8]张方华，朱成花，严仰光.双向DC-DC变换器的控制模型
[J].中国电机工程学报，2005，25（11）：
46-49.
[9]廖志凌，阮新波.一种独立光伏发电系统双向变换器的控
制策略[J].电工技术学报，2008，28
（1）：
97-103.
[1]舒翔.浅谈桩基工程施工中的几个问题[J].中国高新技术
企业，2010（4）：
140-141.
[2]张国东,孙申基.桩基检测
升级会员 