超级电容器-蓄电池混合储能系统分析.pdf

超级电容器-蓄电池混合储能系统研究 Hybrid energy storage system based onsuper capacitor and battery 作者姓名杨少华学位类型工程硕士学科、专业电子与通信工程研究方向固体电子器件与工艺导师及职称黄英教授胡璋高工 2013年6月超级电容器-蓄电池混合储能系统研究摘要超级电容器兼具蓄电池能量密度大和电解电容器功率密度大的优点,循环寿命长、储能效率高、充放电速度快、高低温性能好、环境友好,具有卓越的储能潜力。本文对储能系统进行了简要概述,对各种储能技术及其特点进行了说明, 针对各种储能技术的特性,引入超级电容器蓄电池混合储能概念。对超级电容器蓄电池混合储能系统的主体—超级电容器,国内外的研发现状进行了简要归纳。列举美、欧等国家和地区储能技术的发展趋势。为了阐述超级电容器蓄电池混合储能系统的优良特性,本文对超级电容器和蓄电池的工作原理及特性分别进行了分析。通过等效模型重点分析了超级电容器的充放电特性、串联均压和蓄电池的充放电特性、充放电方法等。本文对直接并联式、通过电感连接及通过二极管连接的无源混合储能系统的结构进行了研究。并分析了通过功率变换器并联的有源混合储能系统6种典型的 DC/DC变换器拓扑结构。为了验证混合储能系统的特性,本文重点进行了BUCK 型有源式混合储能系统在独立光伏发电系统中应用和Buck-Boost型有源式混合储能系统在风光互补发电系统中的应用两个实验。通过实验得出将超级电容器与蓄电池通过功率DC/DC变换器匹配,可以将超级电容器高功率密度的优点和蓄电池高能量密度的优点充分结合起来,使之不仅可以提供多次高倍率电流所需的高能量密度,又可以承受高倍率脉动电流的冲击。通过应用分析表明DC/DC变换器的并联结构具有非常好的实用性。本文重点对直接并联式无源混合储能系统、通过连接二极管的无源混合储能系统、通过连接电感的无源混合储能系统及有源混合储能系统分别建立模型,并进行了仿真实验。仿真与实验结果表明,混合储能系统在输入脉动、负载脉动的情况下能够使蓄电池工作环境优化、放电循环减少,从而避免蓄电池深度放电, 延长蓄电池使用寿命。关键词:分布式发电系统超级电容器蓄电池混合储能系统 Hybrid energy storage system based onsuper capacitor and battery ABSTRACT As a promising and environmentally friendly energy storage element, super capacitor has the advantages of both high energy densit y of batteries and high power densit y of electrolytic capacitors. Moreover, it has long cycle life, high storage efficiency, high charge/discharge efficiency and good high-temperature performance. The t hesisgave a brief overview of t he energy storage system andvarious energy storage technologies and their characterist ics areillustrated, followed by an introduct ion to the concept of supercapacitor and battery hybrid energy storage system according tothe characteristics of various energy storage technologies. The present research state of supercapacitor, the main part of the hybrid system, both at home and abroad is briefly concluded. Finally, the development trend of the energy storage technology inmany countries and regions, such as America and Eu