超级电容储能系统并网控制关键技术研究

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1、超级电容储能系统并网控制关键技术研究ResearchonthekeytechnologyofSuperCapacitorEnergyStorageSystemconnectingtothegrid学科专业：电气工程研究生：李轩指导教师：李永丽教授天津大学电气与自动化工程学院二零一五年十一月摘要超级电容储能技术是一种电磁储能的储能方式，其具有效率高、使用寿命长、无污染、响应速度快、功率密度高、能量密度高等诸多优点，得到了国内外研究人员的重视，具有广泛的应用前景，目前已应用于电动汽车、航空、军工、新能源等各个领域。本论文详细介绍了超级电容的工作原理以及常用的超级电容物

2、理模型。设计了双向DC-DC电路，并详细分析了其工作过程，构建了能实现超级电容恒流充电和恒压放电目标的超级电容储能控制系统。由于超级电容充放电系统是一个非线性系统，而PI控制算法是线性控制算法，当将线性控制算法应用于非线性系统中时，可能会产生稳态误差或影响系统的动态性能。为此，本文针对超级电容储能系统的非线性特性设计了非线性控制算法以实现控制目标。在MATLAB/Simulink软件中对所设计的双向电路和控制算法进行了仿真验证。通过对超级电容工作过程的分析，将超级电容充放电控制系统的设计分为控制系统和人机交互系统两部分，并采用两个DSP芯片分别加以实现，其中人机交

3、互系统选用TI公司生产的TMS320F2812型号DSP，而控制系统则选用性能更好、运算速度更快的TMS320F28335。继而对DSP芯片进行软件编程和硬件电路设计，搭建了超级电容储能系统的硬件平台。最后，在该平台上进行超级电容的充放电实验，对本文设计的非线性控制算法与PI控制算法的性能进行了比较，同时，也验证了硬件电路的正确性，为今后进一步研究超级电容储能系统的应用打下了基础。关键词：超级电容储能双向DC-DC变换器非线性控制算法DSP实验ABSTRACTSuperCapacitorenergystoragetechnologyistostoreenergyb

4、ytransformingelectricenergytomagneticenergy.Ithasgotattentionofalotofresearchersintheworldbecauseofitsadvantagesofhighefficiency,longservicelife,nopollution,rapidresponse,highpowerdensity,andhighenergydensity,andthismagneticenergystoragetechnologyhasextensiveapplicationprospects.Asfor

5、now,ithasbeenusedinvariousfieldssuchaselectricvehicle,aviation,militaryindustry,andrenewableenergytechnology.InthispapertheSuperCapacitor’soperationalprincipleandphysicalmodelwasintroducedindetail,abidirectionalDC-DCcircuitwasalsodesignedanditsworkingprocesswasanalyzedindetail.ThenaSu

6、perCapacitorenergycontrolsystemwasbuilttorealizethetargetofchargingwithconstantcurrentanddischargingwithconstantvoltage.Forthereasontorealizethelowersteady-stateerrorandreducetheaffectionofdynamicperformanceofthesystemcausedbythelinearalgorithmusinginthenonlinearsystemsincethecharging

7、anddischargingprocessofSuperCapacitorisanonlinearsystemandthePIcontrolmethodisalinearalgorithm,anonlinearcontrolalgorithmwasdesignedaccordingtothenonlinearcharacteristicoftheSuperCapacitorenergystoragesystem.SimulationmodelwasconstructedinMATLAB/Simulinkplatformandthroughitthebidirect

8、ional