超级电容—三元电池混合储能系统设计与应用研究

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1、分类号：ＴＭ９１９单位代码：１０１８３研究生学号：２０１４５５Ｅ０４１密级：公开＿吉林大学硕士学位论文（专业学位）超级电容－三元电池混合储能系统设计与应用研究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｕｐｅｒＣａｐａｃｉｔｏｒ－ＢａＴｅｒｎａｒｙｔｔｅｒｙＨｂｒｉｄＥｎｅｒｔｏｒａｅＳｙｓｔｅｍｙｇｙＳｇ作者姓名：许成炜类别：工程硕士领域（方向）：电气工程指导教师：孙淑琴教授校外合作导师：张锋高级工程师培养单位：仪器科学与电气工程学院２０１８年１１月超级电容-三元电池混合储能

2、系统设计与应用研究ResearchonDesignandApplicationofSuperCapacitor-TernaryBatteryHybridEnergyStorageSystem作者姓名：许成炜领域（方向）：电气工程指导教师：孙淑琴教授校外合作导师：张锋高级工程师类别：工程硕士答辩日期：2018年12月1日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学

3、位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，是本人在指导教师的指。导下，独立进行研究工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容夕卜，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担学位论文作者签名：曰期：年１月日丨广摘要超级电容-三元电池混合储能系统设计与应用研究配网自动化终端通常采用蓄电池作为后备电源，以保证线路跳闸停电后能持续向配网自动化终端及开关机构供电。但在多次大电流放电后，蓄电池的端电压将下降、内阻增大，其充放电性能减弱，不

4、足以继续保证自动化开关的正常动作，因此，一般不超过3年就需要更换配网自动化终端电源。超级电容发展很快，在储能领域逐渐获得人们的青睐，目前多被应用在汽车领域和自然能源采集上。同传统的蓄电池相比，超级电容缺乏资金支持，导致技术的进步和发展也就受到很大程度地制约。目前铅酸电池、锂电池等被广泛应用，但其充放电能力远不如超级电容，在户外恶劣的环境以及频繁停电跳闸的情况下，由于长期充电不足，电池寿命缩短，从而影响了自动化开关的正常动作。因此，研究超级电容储能系统，是十分有必要的。本文将超级电容与三元电池混合使用，以蓄电池负责维持终端的供电，超级电容负责开关的储能机构供电，替代单一蓄电池作为配网自动

5、化终端的工作电源以及配网开关电操机构的动力电源，从而达到提高蓄电池寿命的目的。对超级储能系统国内外的研究现状及发展趋势进行研究，完成了储能系统的整体设计方案，提出了超级电容与电池的模组化混合储能方案，分析了超级电容的储能原理与等效电路模型，以及三元电池在电池领域的突出优势。由于超级电容与三元电池性能互补，两者的模组化混合储能系统具有良好的特性，配置亦更加灵活。同时，研究并分析了储能系统的升压控制理论。设计了由混合储能模块、DC/DC变换器组成的主电路，设计了以DSP芯片为核心的主控制电路，为IGBT等开关元件驱动电路提供PWM脉冲信号。为确保混合储能模块能正常向自动化终端设备供电，进行

6、了电压、电流、温度等采集电路和保护电路设计，给出电路原理图及计算式。结合系统电路的控制要求，对软件的整体结构进行设计。完成系统控制程序、数据采集程序和保护程序设计，给出程序流程图并详细说明。通过储能系统关键电路-Boost变换器的仿真测试，验证了Boost电路适用于I本储能系统。对储能系统应用情况进行分析，给出超级电容模组、三元电池模组容量配置计算式。同时，对三元电池模组的电池容量、端电压、电池内阻等关键参数进行数据监测、统计、分析，验证了超级电容能够实现延长目前配网自动化终端电源寿命的设计目标。关键词：配网自动化终端，超级电容，三元电池，混合储能系统IIAbstractResearc

7、honDesignandApplicationofSuperCapacitor-TernaryBatteryHybridEnergyStorageSystemThedistributionnetworkautomationterminalusuallyusesthebatteryasthebackuppowersourcetoensurethatitcancontinuetosupplypowertothedistributionnetwork