基于超级电容的双向变换能量存储系统的研究

随着经济的发展和社会的进步，人类社会对节能环保的要求也越来越高。在电力电子领域，减少能量损耗提高能量的利用率成了研究的热点。与其它储能元件相比超级电容具有更高的功率密度和能量密度，近年来基于超级电容的双向变换器在电梯、电动车、新能源等领域都得到了广泛的研究和应用,对其的研究具有深远的意义。 本文主要分析和研究了非隔离双向DC/DC变换器及超级电容的基本原理，为了提高系统的功率密度减少系统损耗，半桥变换器的开关管互补导通，并工作在断续状态下以实现软开关。为了减少电感电流纹波，对交错并联的双向DC/DC变换器也进行了分析。由于超级电容在储能系统中通常需要多个超级电容单体进行有限次串并联构成电压等级更高的超级电容模组，本文也简单介绍了超级电容的串并联均压方法。 搭建了双向DC/DC变换器的Matlab/Simulink仿真模型及实验平台，对变换器中的各个元器件的参数进行了选取，设计了对应的硬件电路。分别建立了非隔离双向DC/DC变换器工作在Buck方式与Boost方式对应的小信号模型，将实际参数带入其中并对PI控制器进行了设计，构成了稳定的具有较短响应时间的闭环系统。最后通过仿真及实验对双向变换器的工作进行了验证，能够实现超级电容的小电流恒流充放电，超级电容储能系统能够及时吸收负载回馈的能量，同时在负载需要能量时也能够及时提供负载所需的瞬时能量，验证了双向变换器储能系统的现实意义。