超级电容型动力UPS的储能技术研究

论文摘要

在自动化生产线上,关键设备的意外停机将对整个流程造成致命打击。而造成停机的原因往往是几秒甚至是几百毫秒的电压跌落,通常称为电压暂降或晃电。因此越来越多的电力用户为自己的关键设备安装备用不间断电源,以解决晃电问题。超级电容型动力UPS是安装在直流母线上的抗晃电设备,具有输出功率大、响应速度快、使用寿命长等特点,是一种新兴的UPS设备。为进一步提高超级电容型动力UPS的响应速度和能量利用率,本文对其储能技术作了进一步研究。加快超级电容储能系统的充电和均衡速度可以提高动力UPS的响应速度,能够使系统能够在放电后最短时间内补充能量。本文对超级电容的BUCK型充电电路的控制技术进行了研究,提出基于定值比较的控制模式,使用数量很少的元件实现了充电速度的最大化,并使系统能够自动进入浮充状态。在超级电容组的均衡技术方面,本文对飞渡电容均衡法和BUCK-BOOST均衡法进行了对比仿真,提出了一种BUCK-BOOST均衡法控制参数的计算方法,实现了均衡速度和均衡效率的最佳平衡。超级电容储能系统受到超级电容特性及系统尺寸等技术条件的限制,其储能容量有一定限制,因此需要放电效率的最大化。本文对超级电容放电稳压技术进行了研究,提出了放电稳压电路参数的计算方法,实现了放电效率的最大化,使稳压持续时间最长。最后本文通过对动力UPS的总体设计和仿真,验证了以上成果的正确性。本文为提高超级电容型动力UPS的效率提供了理论公式及仿真实验结果,可以为超级电容储能系统的进一步研究提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 超级电容储能原理与特性的研究现状
• 1.2.1 储能原理及基础研究现状
• 1.2.2 电气特性研究现状
• 1.3 基于超级电容组储能系统的研究与应用现状
• 1.3.1 储能系统的电气特性研究现状
• 1.3.2 超级电容组储能系统的应用现状
• 1.4 Proteus 仿真软件在电力电子领域的应用现状
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 超级电容充电控制技术的研究
• 2.1 超级电容的充电方法分析
• 2.1.1 基本公式
• 2.1.2 BUCK 变换器结构及工作原理
• 2.1.3 BUCK 型充电电路
• 2.2 BUCK 型充电电路模型的建立
• 2.2.1 充电电路仿真模型的建立
• 2.2.2 充电电路数学模型的建立
• 2.3 充电控制模式的仿真研究
• 2.3.1 开环控制模式的仿真
• 2.3.2 PWM 控制模式的仿真
• 2.3.3 定值比较控制模式的研究
• 2.4 本章小结
• 第3章 超级电容组均衡方法的研究
• 3.1 超级电容均衡方法的分析
• 3.2 飞渡电容均衡法的研究
• 3.2.1 飞渡电容均衡法的数学模型
• 3.2.2 飞渡电容均衡法的仿真
• 3.3 BUCK-BOOST 均衡法的研究
• 3.3.1 电路的拓扑结构
• 3.3.2 控制参数的计算方法
• 3.3.3 控制参数算法的仿真验证
• 3.4 本章小结
• 第4章 超级电容储能系统放电稳压技术的研究
• 4.1 BOOST 变换器的工作原理
• 4.2 BOOST 变换器的控制模式研究
• 4.2.1 BOOST 变换器与BUCK 变换器的工作状态比较
• 4.2.2 BOOST 变换器仿真分析
• 4.3 超级电容稳压电路参数的计算方法
• 4.4 超级电容稳压电路参数算法的仿真验证
• 4.5 本章小结
• 第5章 动力UPS 的总体设计与仿真
• 5.1 控制系统的设计
• 5.1.1 光耦隔离放大器的设计
• 5.1.2 均衡控制信号设计
• 5.1.3 均衡程序流程设计
• 5.1.4 LCD 显示电路设计
• 5.2 双向DC-DC 变换器的设计
• 5.3 电路系统总体仿真
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢