超级电容器在光伏发电系统中的应用
超级电容器的主要应用领域
超级电容器的主要应用领域超级电容器发展展望：超级电容器也叫做电化学电容器，是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，比容量为传统电容器的20~200倍，比功率一般大于1000W/kg，循环寿命大于100000次，可储蓄的能量比传统电容要高得多，并且充电快速。
由于它们的使用寿命非常长，可被应用于终端产品的整个生命周期。
而且超级电容器对环境无污染，可以说，超级电容器是一种高效、实用、环保的能量储蓄装置。
当高能量电池和燃料电池与超级电容器技术相结合时，可实现高比功率、高比能量特性和长的工作寿命。
近年来，由于超级电容器在新能源领域所表现出的朝阳产业趋势，许多发达国家都已经把超级电容器项目作为国家重点研究和开发项目，超级电容器的国内外市场正呈现出前所未有的蓬勃景象。
依照美国国家能源局的数据预测，超级电容器在全球市场的容量预计将从2007年的4亿美元发展到2013年的120亿美元（见下图1），其中，在电动汽车/新能源汽车领域的市场规模有望在2013年达到40亿美元,在消费电子领域的市场规模有望在2013年达到30亿美元,在工业(风力发电、轨道交通、重型机械等)领域的市场规模有望在2013年达到40亿美元。
根据中商情报预测，截至2014年，我国超容产业的增长率都在30%以上。
超级电容器的主要应用领域：1.超级电容器在太阳能能源系统中的应用太阳能源的利用最终归结为太阳能利用和太阳光利用两个方面。
太阳能发电分为光伏发电和光热发电，其中光伏发电就是利用光伏电池将太阳能直接转化为电能。
光伏发电不论在转化效率、设备成本和发展前景尚都远远强于光热发电。
自从实用型多晶硅的光伏电池问世以来，世界上就便开始了太阳能光伏发电的应用。
目前，太阳能光伏发电系统有三个发展方向：独立运行、并网型和混合型光伏发电系统。
在独立运行系统中，储能单元一般是必须有的，它能将由日照时发出的剩余电能储存起来供日照不足或没有日照时使用。
目前，国际光伏能源产业的需求开始由边远农村和特殊应用向并网发电与建筑结合供电的方向发展，光伏发电已有补充能源向替代能源过渡。
超级电容最全面应用及方案
太阳能领域的应用
太阳能光伏产品种类很多，适合使用超级电容器的有
太阳能道钉灯 太阳能地砖灯
白天
太阳能交通警示灯
夜间
ห้องสมุดไป่ตู้
太阳能浮标灯
太阳能电池 太阳能→电能
夜间 太阳能灯照明
存储于超级电容器组中
玩具
Ultracapacitors and tiny airplanes
税控收款机
• 税控收款机是一种具有法律严肃性和不可破坏性的带有 计税功能的收款机。它内部装有自动记录但不能更改和 抹掉的计税存储器，记录着每日的营业数据和应纳税额， 是向纳税机关纳税的凭据。
50,000 hours. • Utracapacitor Life : 50,000 Cycles
Faraday Flashlight Linear Generator with ultracapacitor flashlight
US$170 - $225 Market Price
LED快充 / 动能 手电筒
Automobile after market 汽车后装市场
Car Audio, Braim's Ultra Capacitor, HQR-1.3F, made in Japan
应急照明灯储能系统
• 为了确保应急照明灯具有节电、 高亮度、长寿命和不间断性，采 用由直流电源供电的半导体照明 灯LED。
0.047-2.2F
无光照系统的工作电源
1.0-4.7F
频道存储器的备用电源
0.047-0.47F
bainacap
智能三表、后备电源用超级电容器
应用于智能三表 (热量表、煤气表、智能水表) 传统的智能水表，在控制水阀开启和关断时，普遍采用的方法是内装锂电 池的优点在于重量轻、能量大、自放电率低等。锂电池使用到一定时间后， 不得不更换电池。需要上门为用户更换电池或水表，这对于水表生产厂家和 自来水公司来说都是一件繁琐的事。另外，电池电量不足的情况出现是随机 的，如果不精确和及时的监测电池电量，将无法可靠的关断水阀，造成无法 计费、逃水现象等情况出现。这是内部安装了锂电池的智能水表的致命缺点 ，直接影响到它的推广和使用。 用超级电容代替锂电池可以解决这个问题。超级电容是一种无源器件，介 于电池与普通电容之间，具有电容的大电流快速充放电特性，同时也有电池 的储能特性，并且重复使用寿命长，放电时利用移动导体间的电子（而不依 靠化学反应）释放电流，从而为设备提供电源。
超级电容参数
超级电容参数超级电容，也称为超级电容器，是一种新型电化学储能设备，它具有非常优越的性能特点。
超级电容器可实现高能量密度、高功率密度、长寿命、高可靠性等特点，无污染、绿色环保。
其在电动汽车、可再生能源等领域有着广泛的应用前景。
超级电容的参数有很多，而其中最重要的就是电容量和电压。
电容量指的是超级电容器存储电荷的能力，通常用单位法拉（F）表示，其数值范围可以从数微法到数万法之间。
而另一个主要的参数是电压，通常用伏特（V）表示。
高电压可带来更高的储能密度，但也会增加超级电容器的成本和材料需求。
与传统电容器比较，超级电容的电压较高，而电容量相对较小，这使得它们可以提供高功率输出，通常用于短时间的能量储存和释放。
具体来说，超级电容可以带来很高的放电电流（通常可达数百安培），从而适用于高强度应用，如汽车动力系统、光伏及风力发电储能系统等。
除了电容量和电压，超级电容器的导电性、电解质、电极材料等参数也非常重要。
导电性可影响超级电容器的内阻和热效应，电解质的化学稳定性、电极材料的表面积等都会对超级电容的性能造成影响。
为了获得最佳的超级电容器性能，人们需要在多个参数之间进行平衡和优化。
例如，提高超级电容器的电容量需要增加电极表面积和电解质浓度，这可能会导致超级电容器的内阻增加；而提高超级电容器的电压需要增加电极间距和跨越电介质厚度，这会增加电容器的尺寸和成本。
总之，超级电容器是一种具有高性能和广泛应用前景的电化学储能设备，其性能与多个参数密切相关。
优化超级电容器的参数，将有助于提高其电荷/放电特性、能量密度和循环寿命，并促进其在许多领域的广泛应用。
光伏+应用场景
1111
1. 光伏+农业：将光伏发电系统安装在农业用地或农业设施上，如农田、温室、养殖场等。
这种模式可以实现双重利用，既可以发电，又可以为农业生产提供能源支持，提高农业生产效率。
2. 光伏+工业：将光伏发电系统安装在工业厂房、仓库、办公楼等工业建筑的屋顶上，为工业生产提供清洁能源。
此外，还可以利用光伏发电系统的余热为工业生产提供热能。
3. 光伏+储能：将光伏发电系统与储能系统相结合，如电池储能、超级电容器储能等。
这样可以将白天产生的多余电能储存起来，在晚上或电力需求高峰期释放，提高电力供应的可靠性和稳定性。
4. 光伏+交通：将光伏发电系统安装在交通设施上，如公路、铁路、机场、车站等。
这种模式可以为交通设施提供清洁能源，降低对传统能源的依赖，同时还可以为周边地区提供电力。
5. 光伏+建筑：将光伏发电系统集成到建筑的屋顶、外墙、窗户等部位，形成建筑一体化光伏（BIPV）。
这种模式不仅可以提供电力，还可以为建筑提供遮阳、隔热等功能，降低建筑能耗。
6. 光伏+扶贫：将光伏发电系统安装在贫困地区，通过售电收入为贫困人口提供经济支持。
这种模式可以帮助贫困地区实现能源自给自足，促进当地经济发展。
总的来说，“光伏+”应用场景的不断拓展，为光伏产业的发展提供了更多的机遇和挑战。
随着技术的进步和成本的降低，相信“光伏+”将会在更多的领域得到广泛应用。
光伏发电中的4种储能技术
光伏发电中的4种储能技术随着经济的快速发展，能源短缺现象越来越严重。
面对能源需要和环境保护的双重压力，世界各国采取了提高能源利用率、改善能源结构，发展可再生能源等策略。
太阳能光伏发电作为新能源发电的代表，已经正式应用于生产实际中。
光伏电源不同于传统电源，它的输出功率随着光照强度、温度等环境因素的改变而剧烈变化，而且具有不可控性，因此，光伏发电若要取代传统能源实现大规模并网发电，它对电网产生的冲击影响是不可忽视的。
并且，随着光伏系统在电网中所占比例的不断增大，它对电网带来的影响必须得到有效治理以保证供电的安全可靠。
储能系统在光伏发电系统中的应用可以解决光伏发电系统中的供电不平衡问题，以满足符合正常工作的需求。
储能系统对于光伏电站的稳定运行至关重要。
储能系统不仅保证系统的稳定可靠，还是解决电压脉冲、涌流、电压跌落和瞬时供电中断等动态电能质量问题的有效途径。
光伏发电系统中的储能技术蓄电池储能蓄电池储能是各类储能技术中最有前途的储能方式之一，具有可靠性高、模块化程度高等特点，常被用于对供电质量要求较高的负荷区域的配电网络中。
电池储能主要是利用电池正负极的氧化还原反应进行充放电。
蓄电池储能可以解决系统高峰负荷时的电能需求，也可用蓄电池储能来协助无功补偿装置，有利于抑制电压波动和闪变。
目前常见的蓄电池有铅酸蓄电池、锂离子电池、钠硫和液流电池等。
文献[9]分析了光伏发电系统中蓄电池的作用：储能，对太阳能电池工作电压钳位，提供较大的瞬间电流。
文献[10]重点关注目前常见的几种化学储能技术，选择关键技术指标，收集截至2011年最新的化学储能技术应用数据，结合数据包络(DEA)分析方法，探究各种化学储能技术的优势及应用效果，为化学储能技术未来的研究方向提供建议和参考。
超级电容器储能超级电容器是由特殊材料制作的多孔介质，与普通电容器相比，它具有更高的介电常数，更大的耐压能力和更大的存储容量，又保持了传统电容器释放能量快的特点，逐渐在储能领域中被接受。
基于超级电容储能的光伏并网低电压穿越研究
基于超级电容储能的光伏并网低电压穿越研究舒大松;黄挚雄;康伦;陈世明【摘要】采用超级电容储能配合光伏并网系统实现其低电压穿越功能,在电网电压跌落时,并网逆变器直接功率控制(DPC)的有功参考根据电网电压跌落程度进行给定,同时通过控制双向DC/DC变换器将直流母线侧多余能量存储于超级电容,以平衡逆变器两侧的功率,维持直流母线电压稳定.最后通过仿真验证了采用超级电容储能的协调控制方案的有效性和可行性.【期刊名称】《湖南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(041)008【总页数】5页(P60-64)【关键词】光伏发电系统;超级电容;双向DC/DC变换器;直接功率控制(DPC);低电压穿越(LVRT)【作者】舒大松;黄挚雄;康伦;陈世明【作者单位】中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙410075;湖南广播电视大学机电工程系,湖南长沙410004;中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙410075;中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙410075;中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙410075【正文语种】中文【中图分类】TM615随着光伏发电并网系统渗透率不断加大，对局部电网安全稳定运行的影响也越大，这就给光伏发电的并网运行带来了更大的挑战[1－3]；当电网发生短时故障时，如果大量的光伏发电系统脱离电网会影响到电网的稳定运行，严重的还可能使局部电网崩溃，造成较大面积供电中断，由此电网规定了光伏发电系统并网要具备一定的低电压穿越（LVRT）能力[4].目前借鉴于风力发电低电压穿越标准，许多新能源发电技术较发达的国家针对光伏并网系统也提出了相应的低电压穿越准则，定量地规定了电网电压跌落时光伏发电系统脱网的条件，以及电压恢复后有功功率的恢复速率，同时在电网电压跌落过程中需提供一定的无功功率以支撑电压恢复.介于中国光伏发电容量逐年增大，国家电网公司制定了光伏并网系统低电压穿越的标准，要求并网点电压跌落至20%额定电压时光伏发电系统保持并网运行625ms不脱网.本文针对实现光伏并网系统的低电压穿越能力，通过借鉴风力发电中的低电压穿越技术，提出了一种基于超级电容储能的光伏发电系统低电压穿越技术方案，同时光伏并网逆变器采用直接功率控制，保证控制的快速性；当电网电压发生跌落时，通过控制双向DC／DC投入超级电容平衡逆变器两端功率[5－11]，同时与并网逆变器的控制相协调，稳定住直流母线电压，使得并网输出电流不过流，并且改进并网控制策略，根据电压跌落深度发出一定无功功率以有助于电网电压恢复，最后通过仿真分析可知，与常规控制策略相比，采用改进控制策略能够实现光伏并网系统的低电压穿越功能.1 系统拓扑与数学建模1.1 光伏并网系统结构如图1所示，两级式光伏并网发电系统包括光伏阵列、Boost电路、并网逆变器、L型滤波器以及隔离变压器，同时超级电容通过双向DC／DC变换器与系统的直流侧母线并联.图1 带超级电容器的光伏并网系统框图Fig.1 Block diagram of PV system with super capacitor1.2 L型并网逆变器数学模型L型并网逆变器如图2所示，在三相平衡情况下列出A，B，C三相状态方程为：在dq两相旋转坐标系下可表示为：式中：下标g表示并网侧量；r1和L1分别为进线电阻和电感；ωn为与电网频率同步的角速度；ugq的值为零.由此可知，流过并网逆变器的有功功率和无功功率可以表示为：图2 双向DC／DC变换器与并网逆变器协调控制框图Fig.2 Control system block diagram of the bi－directional DC－DC converter and the grid side converter1.3 直流母线侧数学模型对于光伏并网逆变器的直流侧，其直流侧电容存储的能量可表示为：忽略发电系统转换功率的损失，设两级式光伏并网系统由Boost变换器流向直流侧的功率为PPV，从直流侧流向并网侧的功率为Pg，同时直流侧流向超级电容的功率为Psc，则流向直流侧电容的功率有：1.4 超级电容器等效数学模型超级电容突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长以及工作温度范围宽，比较适合短时充放电，基于上述优点可以很好地满足当电网发生故障时对功率平衡控制的要求.由于受分布参数的影响，超级电容的精确模型较复杂，由一个理想电容和一等效串联电阻组成.超级电容一般单体电压较低（2.5～2.7V），因此储能单元由多个超级电容单体串并联组成以满足容量需求，本文由一个理想大电容代替；考虑到存储能量和功率传输两方面要求，储能总容量可表示为[9]：式中：N为超级电容单体个数；Cunit为单体容量大小；Vmax为超级电容耐压最大值；Vmin为其允许的最低电压值；Esc为电网电压跌落时所需吸收的能量.大放电流情况时由于超级电容串联等效电阻影响，根据最大功率传输定律可得到其最大吸收功率为：超级电容充电到最大电压Vmax时，仍能保持额定功率充电，Vmax则需要满足：将式（8）代入式（6）可得N的限制条件为：2 基于超级电容的双向DC／DC变换器与逆变器的协调控制为解决直流母线电压过压与并网输出电流过流的矛盾，满足在电网电压发生跌落时，能够同时达到符合要求的性能指标，则需在光伏并网发电系统的直流母线侧并联一个储能装置，以便在电网电压跌落时平衡并网逆变器两侧的功率，使得直流母线电压稳定且并网输出电流不超过限定值，从而有利于光伏并网低电压穿越功能的实现. 本文主要研究在低电压穿越过程中直流母线电压过压、系统动态无功支撑和并网输出电流过流的问题，当系统工作在额定功率状态时，电网电压发生较严重的三相对称跌落，为使并网输出电流不过流，根据电网电压跌落程度相应减小并网输出功率Pinv，若忽略变流器的功率损耗，直流母线电压的动态方程为：在故障过程中，由超级电容储能系统代替并网逆变器对直流母线电压进行控制，为平衡并网逆变器2侧功率，吸收直流侧剩余功率Ps，保持直流母线电压稳定；而并网逆变器通过直接功率控制（DPC）可以更加快速准确地控制并网输出功率，其并网逆变器的控制包括常规控制器和故障控制器2种，根据电压跌落来进行切换.图2为双向DC／DC变换器与网侧变换器协调控制框图.2.1 双向DC／DC变换器控制在故障过程中，并网逆变器控制很难有效控制直流侧母线电压，严重时会使直流母线电压过压，击穿直流侧母线电容；而超级电容不会受电网电压变化的影响，通过双向DC／DC变换器对超级电容充放电的控制能有效地稳定直流母线侧电压.本文双向DC／DC变换器采用电压电流双环控制，由于电压跌落引起并网逆变器两端功率不平衡，从而使直流母线电压升压，当电压值超过参考值时，变换器工作在Buck模式下，对超级电容进行充电，功率由直流侧流向超级电容，从而稳定住直流母线侧电压.图3为变换器双环控制框图.图3 双向DC／DC变换器控制框图Fig.3 Control system block diagram of the bi－directional DC／DC converter2.2 并网逆变器控制并网逆变器控制采用直接功率控制策略[1 2－13]，能够在电网电压发生跌落时，快速有效地对功率进行控制，且控制策略结构简单易行.图4为并网逆变器的控制流程图，根据电网电压的变化，进行常规控制器和故障控制器的切换.当电网电压发生三相对称跌落时，需要光伏发电系统向电网提供动态无功功率补偿，以有利于电网电压恢复，此时，并网逆变器切换到故障控制方式，同时直流母线电压由如图3所示储能系统控制，不仅根据电网电压跌落深度发出相应的有功功率，同时考虑到并网逆变器可工作于1.1倍的视在功率[1 4]，由此可计算出所能提供的无功功率[1 5].在电压跌落检测中，本文采用的方法是dq分解法[1 6]，将三相静止坐标系中的a，b，c三相电压转换到dq轴坐标系中，其表达式为：经dq变换后的电压表达式为：具体算法由图5所示模块实现.图4 并网逆变器控制过程框图Fig.4 Control block diagram of the PV invertor 图5 电压跌落检测模块Fig.5 Voltage sag detection module由式（11）可知：若设正常电网电压幅值为Ug，则电压跌落深度可表示为：式（14）中的K表示跌落电压幅值U与正常电压幅值Ug之比，由此可得出故障状态时并网逆变器有功功率给定值为P′PV，其表达式为：在提供有功支撑的同时，还需为系统提供无功补偿，以有利于电网电压恢复，而提供的无功功率又受到逆变器容量限制，可工作于1.1倍视在功率下，则由下式可计算出提供的无功功率：由式（14）可知，电压跌落时K值小于1，又根据电网关于低电压穿越的规定，K 值应大于0.2，所以K值的取值为0.2≤K≤1.再由式（15）可知此时给定功率P′PV 小于跌落前给定值PPV，那么由式（16）可知剩余的功率通过双向变换器的控制流入超级电容，以维持逆变器两端功率平衡，实现其低电压穿越功能.3 仿真分析为验证本文提出的基于超级电容储能的光伏并网系统能有效地提高低电压穿越能力的可行性，在Matlab／Simulink仿真软件平台搭建容量为1.5 kW带超级电容的光伏并网发电系统模型，其MPPT采用扰动观察法，设定直流母线电压400V，限制电压700V，直流支撑电容90μF，滤波电感为35mH，超级电容为3.5F，并网输出的限定电流1.1pu.本文主要研究了对电压危害最大的三相短路故障情况，设置在t＝0.3s时发生电压跌落故障.图6为带超级电容储能系统的仿真结果.图6 带储能系统的改进控制方案仿真结果Fig.6 The simulation results of LVRT control scheme based on super capacitor storage由图6可知，图6（a）中电网电压跌落时，其并网电压也发生相应跌落，而并网输出电流在此阶段有所上升但未超出限定电流1.1pu，因此不会因为过流损坏逆变器或使断路器关断.图6（b）中反映在刚进入此阶段和恢复正常状态时有少许波动，而在整个故障过程中直流电压保持在参考电压附近.图6（c）可看出在电压跌落期间系统发出有功无功的变化，发出的有功功率相应减小，同时发出了一定的无功功率.由图6（d）可发现，在此阶段，并联于直流母线的超级电容端电压变化情况，其端电压一直升高，直流侧对超级电容充电.由图6（e）可知，在电压跌落期间，单相并网电压与并网电流的关系，它们之间存在一定的相位差，由此可知不仅发出有功而且发出了一定的无功功率.4 结论本文针对光伏并网系统在电网电压发生三相对称跌落时的低电压穿越过程进行研究，对其主电路光伏并网逆变器采用直接功率控制，快速有效地控制其功率的输出，对并联于直流母线上的双向DC／DC变换器采用双环控制，准确有效地抑制直流母线电压升高，稳定住直流母线电压.在系统完成低电压穿越过程中，通过对并网逆变器和双向DC／DC变换器的协同控制，使并网输出电流不越限，直流母线电压不过压，同时不仅为电网提供有功功率支撑，并且还会发出一定的无功，给电网提供无功补偿，有助于电网电压恢复，从而最终实现光伏并网系统的低电压穿越功能. 参考文献[1] TAN Y T，KIRSCHEN D S.Impact on the power system of a large penetration of photovoltaic generation[J].Power Engineering Society General Meeting，2007，25（4）：1－8.[2] KATO T，YAMAWAKI H，SUZUOKI Y.A study on dumping power flow fluctuation at grid－connection point of residential micro－grid with clustered photovoltaic power generation systems[C]／／Sustain－able Alternative Energy（SAE）＆IEEE PES／IAS Conference on.Valencia，2009. [3] 赵争鸣，雷一，贺凡波，等.大容量并网光伏电站技术综述[J].电力系统自动化，2011，35（12）：16－22.ZHAO Zheng－ming，LEI Yi，HE Fan－bo，etal.Overview of largescale grid－connected photovoltaic powerplants[J].Automation of E－lectric Power System，2011，35（12）：16－22.（In Chinese）[4] MORNEAU J，ABBEY C，JOOS G.Effect of low voltage ride through technologies on wind farm[C]／／IEEE Power ＆IEEE Canada Electrical Power Conference（EPC＇07），Canada，Montreal，Que，2007：56－61.[5] NGUYEN T H，LEE D C.Advanced fault ride－through technique for PMSG wind turbine systems using line－side converter as STATCOM [J].IEEE Transactions on，2011，27（2）：567－573.[6] ABBEY C，JOOS G.Supercapacitor energy storage for wind energyapplications[J].IEEE Trans Power Electron，2007，43（3）：769 －776. [7] NGUYEN T H，LEE D C.Ride－through technique for PMSG wind turbine using energy storage systems[J].IEEE Trans Power Electron，2010，10（6）：733－738.[8] NGUYEN T H，LEE D C.Improved LVRT capacity and power smoothening of DFIG wind turbine systems[J].J Power Electron，2011，11（4）：568－575.[9] KIM K H，JEUNG Y C，LEE D C，et al.LVRT scheme of PMSG wind power systems based on feedback linearization[J].IEEE Trans Power Electron，2012，27（5）：2376－2384.[10] 邹和平，于芃，周玮，等.基于超级电容器储能的双馈风力发电机低电压穿越研究[J].电力系统保护与控制，2012，40（10）：49－52.ZOU He－ping，YU Peng，ZHOU Wei，et al.Study on the low voltage ride through of doubly fed wind generator based on the supercapacitor storage[J].Power System Protection and Control，2012，40（10）：49－52.（In Chinese）[11] 李霄，胡长生，刘昌金，等.基于超级电容储能的风电场功率调节系统建模与控制[J].电力系统自动化，2009，33（9）：86－90.LI Xiao，HU Chang－sheng，LIU Chang－jin，et al.Modelling and controlling of SCES based wind farm power regulation system[J].Automation of Electric Power System，2009，33（9）：86－90.（In Chinese）[12] ELOY－GARCIA J，ARNALTES S，RODRIGUEZ－AMENEDO J L.Direct power control of voltage source inverters with unbalanced gridvoltages[J].Power Electronics，2008，1（3）：395－407.[13] 杨勇，阮毅.三相并网逆变器直接功率控制[J].电力自动化设备，2011，31（9）：54－59.YANG Yong，RUAN Yi.Direct power control for three－phase gridconnected inverters[J].Electric Power Automation Equipment，2011，31（9）：54－59.（In Chinese）[14] 陈波，朱凌志，朱晓东.并网光伏电站低电压穿越仿真与分析[J].江苏电机工程，2012，31（5）：13－17.CHEN Bo，ZHU Ling－zhi，ZHU Xiao－dong.The simulation and analysis on low voltage ride through of grid－connected photovoltaic power station[J].Jiangsu Electrical Engineering，2012，31（5）：13－17.（In Chinese）[15] 陈波，朱晓东，朱凌志，等.光伏电站低电压穿越时的无功控制策略[J].电力系统保护与控制，2012，40（17）：6－12.CHEN Bo，ZHU Xiao－dong，ZHU Ling－zhi，et al.Strategy for reactive control in low voltage ride through of photovoltaic power station[J].Power System Protection and Control，2012，40（17）：6－12.（In Chinese）[16] NAIDOO R，PILLAY P A.New method of voltage sag and swell detection[J].IEEE Transactions on Power Delivery，2007，12（6）：633－638.。
一种新颖的应用于光伏发电系统中超级电容器的充电控制方案
收稿日期:2009-01-04作者简介涂焕雨,现在呼伦贝尔市大雁勘测规划设计有限责任公司任职;苑照军,现在平煤集团轩朝川矿任职;李英奎,现在大唐呼伦贝尔能源开发有限公司任职。
一种新颖的应用于光伏发电系统中超级电容器的充电控制方案涂焕雨,苑照军,李英奎(呼伦贝尔市大雁勘测规划设计有限责任公司,内蒙古 呼伦贝尔 021122;平煤集团轩朝川矿,河南 平顶山 467522;大唐呼伦贝尔能源开发有限公司,内蒙古 呼伦贝尔 021008)摘 要:本文描述了一种新颖的适用于光伏发电系统中的超级电容器的充电控制方案,此方案主要由三种模式构成,即恒电流充电模式(CCCM)、恒功率充电模式(CPCM)和恒电压充电模式(CVCM)。
在对超级电容器充电的过程中,通过三种充电模式的切转换来实现更有效地利用太阳能电池发出的电能。
另外,本文中还将普通的串限流电阻的充电方法及先恒流后恒压的充电方法进行仿真比较,以证明所提出的充电控制方案的优势。
关键词:光伏发电;超级电容器;充电控制 中图分类号:TM615 文献标志码:A 文章编号:1008-0155(2009)03-0033-03A contr ol scheme is descr ibed to char geser ics 2cunectcd superca pacitor s f or photovolta ic generat ion systemsA bstract :A c ont rol scheme i s described to charge series 2connected super capacitors for photovolt aic gener 2at ion syst ems 1Based on t he feat ures of t he super capacitors charge ,t he c ont rol scheme c onsist sof t hree modes ,ie ,t he constant current charge mode ,t he const ant power charge mode ,and the constant voltage charge mode 1Meanwhile ,t he high voltage ,which i s more suit able for application ,can he obt ained C ompared wit h t he normal charge met hod wit h series 2connected current 2limiting resistance and t he charge met hod wit h t he con 2stant current charge mode and t he constant volta ge charge mode ,t he proposed chargi ng c ont rol scheme Can short en t he charging ti me and i mprove t he usage of t he elect ric power generatedfromt he PVarrays 1The advan 2t agedescribedaboveisverifiedby si mulations 1 引言随着常规能源日益衰竭,能源成本越来越高,太阳能因其成本低、无污染等优点,成为一种十分有潜力的替代能源。
超级电容器在风光互补发电系统中充电控制的研究
超级电容器在风光互补发电系统中充电控制的研究摘要本文提出一种超级电容器应用在风光互补发电系统中的充电控制方案。
其充电控制方案包括3种模式,即恒电压充电模式、恒电流充电模式、和恒功率充电模式,通过这3种充电模式的自动切换,以实现对风光互补发电系统中电能在超级电容器中的更有效的储存。
并利用matlab/ simulink模拟进行了仿真,证明了所提出的充电方案在利用超级电容器在风光互补发电系统中有效储能的可行性。
关键词风光互补;超级电容器;充电控制;matlab/ simulink模拟中图分类号tm6文献标识码a 文章编号1674-6708(2010)21-0149-020引言风光互补发电系统是一种清洁的供电系统,具有良好的发展前景。
它主要由太阳能光伏系统、小型风力发电机组、系统控制器、蓄电池组和逆变器等几部分组成。
但是,在风光互补发电系统中,因为受外界日照、温度及风力的影响,电能的储存及管理成为一个极为关键的环节[1]。
目前,铅酸蓄电池是风光互补发电系统中常用的储能装置,但它存在如循环寿命短、功率密度低、维护量大等缺点[2]。
更重要的风光互补发电系统受气候等自然因素的影响,其发电输出功率具有不稳定和不可预测性,会导致蓄电池常处于充放电电流小的状态,加快了老化进程,缩短了循环使用寿命[3],这就相应增大了风光互补发电系统的运行成本,因此,电能的储存是风光互补发电系统亟待解决的问题。
超级电容器是一种新型储能器件,充电时处于理想极化状态的电极表面,电荷将吸引周围电解质溶液中的异性离子,使其附于电极表面,形成双电荷层,构成双电层电容。
它兼有常规电容器功率密度大、充电电池能量密度高的优点,可快速充放电且寿命长,具有卓越的储能优势[4]。
在电力系统中,超级电容器多用于短时间、大功率的负载平滑和电能用量高峰值功率场合,可在电压跌落和瞬态干扰期间提高供电水平[5-6],因此,在风力发电和太阳能发电系统的电能储存方面具有很强的实用性和可行性。
超级电容在微电网中的应用及健康状态分析综述
ＨＥＳＳ 的拓扑结构主要分为:被动型 ＨＥＳＳ、半
主动型 ＨＥＳＳ 和全主动型 ＨＥＳＳ [３] ꎬ如图 １ 所示ꎮ 但
在许多的工程应用中ꎬ电池和超级电容的输出电压
都低于直流母线ꎬ在全主动型 ＨＥＳＳ 拓扑中通过两
个双向 ＤＣ / ＤＣ 变换器将其与直流母线连接ꎬ保证
１
« 电气开关» (２０２２. Ｎｏ. ６)
文章编号:１００４ － ２８９Ｘ(２０２２)０６ － ０００１ － ０６
超级电容在微电网中的应用及健康状态分析综述
徐智帆
( 国网厦门供电公司ꎬ福建 厦门 ３６１００１)
摘 要:储能系统在各种应用中发挥着越来越重要的作用ꎬ如电动汽车或微电网ꎮ 但是在传统的储能系统中
近年来ꎬ研究者们对 ＳｏＨ 估计和 ＲＵＬ 预测进行了广
泛的研究ꎮ 对 ＳｏＨ 估计方法的研究较多ꎬ无论是锂
电池还是超级电容ꎬ一般可大致分为电化学 / 物理方
法、基于模型的方法和数据驱动方法三类ꎮ ＲＵＬ 预
测方法的两种主要方法:基于模型的方法和数据驱
动方法ꎮ 最后对不同的研究应用方法进行梳理ꎬ总
结给出目前应用广泛的思路ꎬ为相关领域研究人员
到尺寸限制、实验步骤复杂、成本高等方面的限制ꎬ
析ꎬ可以更进一步建立综合模型ꎮ 文献[２２] 提出根
可能出现的设备故障ꎬ又能提高系统的工作效率和
正ꎮ 文献[１７] 提出了一种基于自适应增益的滑模
使用寿命ꎬ因此对于 ＳｏＨ 的研究需要一定程度的实
观测器的超级电容容量在线诊断模型ꎬ减小了计算
际工程运用价值ꎮ 对于超级电容的寿命终止定义为
负担的同时为系统动态提供了更准确的表示ꎬ该方
ｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｓｅｒｉｅｓ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅꎬ ＥＳＲ ) 达 到 其 额 定 值 的
超级电容器储能技术及其应用
超级电容器储能技术及其应用摘要：超级电容器是近年发展起来的一种新型储能元件，具有功率密度高、寿命长、无需维护及充放电迅速等特性。
叙述了超级电容器的分类、储能原理和性能特点，介绍了超级电容器目前的应用领域及应用中需要关注的问题。
超级电容器，也叫电化学电容器，是20世纪60年代发展起来的一种新型储能元件。
1957年，美国的Becker首先提出了可以将电容器用作储能元件，具有接近于电池的能量密度。
1962年，标准石油公司(SOHIO)生产了一种工作电压为6V、以碳材料作为电极的电容器。
稍后，该技术被转让给NEC电气公司，该公司从1979年开始生产超级电容器，1983年率先推向市场。
20世纪80年代以来，利用金属氧化物或氮化物作为电极活性物质的超级电容器，因其具有双电层电容所不具有的若干优点，现已引起广大科研工作者极大兴趣。
1超级电容器的储能原理超级电容器按储能原理可分为双电层电容器和法拉第准电容器。
1.1双电层电容器的基本原理双电层电容器的基本原理是利用电极和电解质之间形成的界面双电层来存储能量的一种新型电子元件。
当电极和电解液接触时，由于库仑力、分子间力或者原子间力的作用，使固液界面出现稳定的、符号相反的两层电荷，称为界面双电层。
这种电容器的储能是通过使电解质溶液进行电化学极化来实现的，并没有产生电化学反应，这种储能过程是可逆的。
1.2法拉第准电容器的基本原理继双电层电容器后，又发展了法拉第准电容，简称准电容。
该电容是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度的化学吸脱附或氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的电容。
对于法拉第准电容，其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储，而且包括电解液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应而将电荷储存于电极中。
2超级电容器的特性超级电容器是介于传统物理电容器和电池之间的一种较佳的储能元件，其巨大的优越性表现为：①功率密度高。
超级电容器的内阻很小，而且在电极/溶液界面和电极材料本体内均能实现电荷的快速储存和释放。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
超级电容器在光伏发电系统中的应用
作者：刘建斌， 易灵芝， 王根平， 颜志刚， 李明， Liu Jianbin， Yi Lingzhi， Wang
Gengping， Yan Zhigang， Li Ming
作者单位：刘建斌,Liu Jianbin(湘潭大学信息工程学院,湖南,湘潭,411105;深圳职业技术学院,广东,深圳,518055)， 易灵芝,颜志刚,李明,Yi Lingzhi,Yan Zhigang,Li Ming(湘潭大学信息工
程学院,湖南,湘潭,411105)， 王根平,Wang Gengping(深圳职业技术学院,广东,深圳
,518055)
刊名：
湖南工业大学学报
英文刊名：JOURNAL OF HUNAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
年，卷(期)：2009，23(5)
被引用次数：0次
1.朱世宏.温馨.杨文君后石油时代我国可再生能源发展对策 2009(01)
2.狄丹太阳能光伏发电是理想的可再生能源 2008(05)
3.钱照明.张军明.吕征宇我国电力电子与电力传动面临的挑战与机遇 2004(08)
4.Woodley N H.Morgan L.Sundaram A Experience with An Inverter-Based Dynamic Voltage Restorer
1999(13)
5.廖志凌.阮新波一种独立光伏发电系统双向变换器的控制策略 2008(01)
6.Wang Genping.Yi Lingzhi.Zou Xiao The Design of Constant Frequency Hysteresis Current Controller with Voltage Space Vector in PV Grid-Connected Inverter 2008
7.Von Jouanne A.Enjeti P.Banerjee B Assessment of Ride-Through Alternatives for Adjustable Speed Drives 2009
8.邹晓.易灵芝.张明和光伏并网逆变器的定频滞环电流控制新方法 2008(04)
9.Philip P Barker.James M Bing Advances in Solar Photovoltaic Technology:An Applications Perspective 2009
10.唐西胜.齐智平独立光伏系统中超级电容器蓄电池有源混合储能方案的研究 2006(03)
1.期刊论文尹忠东.彭军.Yin Zhongdong.Peng Jun超级电容储能的并联电能质量调节器-四川电力技术
2005,28(1)
提出了一种应用超级电容作为储能元件、综合改善电能质量的并联型电能质量调节装置.装置在系统正常运行条件下可以滤除负荷产生的谐波、补偿无功功率,而且利用超级电容极高的功率密度,补偿负荷的快速波动功率,使电源侧只需向负荷提供单位功率因数、预先设定的恒定有功功率.当系统发生短时供电中断时,装置的电源侧配置的固态高速开关动作,使其和负荷脱离系统,装置发挥UPS的作用,向负荷短时提供全部功率.仿真研究表明,并联电能质量调节器在有效改善负荷品质,提高电能质量的同时,增强了负荷的供电可靠性.
2.学位论文王雪迪基于城市轨道交通车辆的超级电容储能系统的研究2008
在城市轨道交通系统中，如何稳定直流电网电压波动是个重要的研究课题，直流储能装置作为主要的解决方案越来越受到人们的关注，超级电容以其长寿命，高效率，低污染，免维护，快速充放电等优异特性得到广泛的应用。
为此，本文对车载超级电容储能系统进行了研究，提出了稳定直流电压的控制方法。
旨在为将来车载超级电容储能系统在城市轨道交通中的实际应用奠定理论基础。
在城市轨道交通中，列车牵引或加速时，控制超级电容放电，可抬升直流电网电压；列车惰行期间，储能系统处于备用保持态：列车制动或减速时，超级电容充电，把电网上的多余能量传递给超级电容。
通过以上三个状态的切换，即可避免直流电网电压大范围波动，改善供电质量。
本文详细讨论并搭建了超级电容储能系统实验平台，通过控制直流电机负载，实验平台可完全模拟城市轨道交通供电系统。
在此基础上，完成对储能系统的数学建模，经过对其传递函数的分析，采用电压、电流双闭环的控制方法，实现了超级电容储能系统对直流电压的稳定作用。
本文还采用MATLAB/SIMULINK软件对超级电容储能系统进行了建模仿真，通过一系列的仿真结果表明所提出的控制方法在保证系统稳定性，快速性
，精确性的基础上完全实现了稳压要求。
最后，对储能系统的各部分硬件进行调试，实验结果表明超级电容储能系统实验平台的硬件设计完全达到了预期效果。
3.期刊论文姚立柱.刘晋川.杨瑞.Yao Lizhu.Liu Jinchuan.Yang Rui RTG节能系统的研究与设计-港口装卸2009,""(4)
通过对RTG工作过程中能量流向的分析,提出了基于超级电容的节能系统,并给出了软硬件设计方案.这套系统提高了RTG的能量利用率,取得了良好的节能降耗效果.
4.期刊论文王楠.吴庆彪.顾明.Wang Nan.Wu Qingbiao.Gu Ming双向双重DC/DC变换器及其在超级电容储能系统中
的应用-电气自动化2007,29(6)
针对大型集装箱起重设备的工作特点,以提高起重设备工作效率和节能环保为目的,提出采用超级电容器和双向双重DC/DC变换器来完成能量的储存及转换功能.并设计了基于单片机的软硬件系统,实现了对系统的检测与控制策略.
5.会议论文赵坤.王迅.杨中平.郭希铮.游小杰地面超级电容储能系统抑制牵引网压波动的研究2009
随着飞轮、超级电容(EDLC)、燃料电池等新型储能技术的发展,如何利用储能技术来有效地防止城市轨道交通供电系统中电压跌落、电力负荷波动和再生失效等问题得到世界轨道交通界的广泛关注。
本文就超级电容地面储能装置的拓扑结构及其充放电控制策略进行研究,通过对地面储能装置仿真分析,验证了地面超级电容储能装置可以有效地解决上述问题,以改善城市轨道交通供电系统的稳定性。
6.期刊论文封连平.刘红伟.Feng Lianping.Liu Hongwei超级电容器直流储能系统的FTU控制技术的实现-广东输
电与变电技术2010,12(3)
超级电容器是近年出现的一种介于电池与电解电容器之间的新型绿色储能元件,具有电容器功率密度高、寿命长、无需维护及充放电迅速等特性.为了推动超级电容器在电力控制系统的应用范围,通过工程实践介绍超级电容器在FTU控制系统中的应用原理和实际效果.
7.期刊论文张勇.田华亭.熊捷.ZHANG Yong.TIAN Huating.XIONG Jie AGV用超级电容与蓄电池混合储能的设计-
新技术新工艺2009,""(12)
针对自动导引运输车(AGV)的工作特点和在使用蓄电池中存在的大功率放电问题,提出了超级电容与蓄电池的混合储能系统,并对混合储能系统进行了参数匹配和设计.对混合储能的电气系统进行了仿真研究,结果显示,采用超级电容和蓄电池的并联混合可以将蓄电池的最大放电电流减小100 A以上,使蓄电池的放电电流控制在额定电流以内,延长了蓄电池的使用寿命,改善了对大功率脉动负裁适应能力,从而使AGV的动力性能也得到提高.
8.会议论文张悦超级电容在电力系统中电能补偿的应用方法2008
在电力系统应用中，储能系统是电能补偿方法中应用最广泛的，而且也是解决电能质量问题的有效途径之一。
超级电容作为新型的储能系统在成本、空间、效率上的优势，将越来越受到广泛的应用。
本文试图从探究超级电容的概念，来揭示其在电力系统中替代传统电池的应用前景。
9.期刊论文侯世英.房勇.曾建兴.殷忠宁.HOU Shi-ying.FANG Yong.ZENG Jian-xing.YIN Zhong-ning应用超级电
容提高风电系统低电压穿越能力-电机与控制学报2010,14(5)
针对使用背靠背全功率变流器的永磁直驱风电系统,提出应用由超级电容和双向DC/DC变换器组成的储能系统提高风电机组的低电压穿越能力.研究永磁直驱风电系统的结构和控制策略,以及基于超级电容的储能系统平衡系统功率的特点,建立永磁直驱风电系统和基于超级电容的储能系统的模型,并给出控制策略和主要仿真参数.仿真结果显示,储能系统在电网电压发生跌落时,迅速平衡了直流母线两侧的功率变化,使直流母线电压保持稳定,并将风电机组与电网故障相隔离,保证风电机组继续向电网传输能量,从而提高风电系统的低电压穿越能力.
10.期刊论文张好明.孙玉坤.吴建兵.ZHANG Hao-ming.SUN Yu-kun.WU Jian-bing基于农村电网多余电能新型储能
调速系统的研究-中国农村水利水电2008,""(1)
农村电网受用电不连续性的影响造成了极大的浪费;锂电池由于具备体积小、能量密度高、单体电压高、自放电率低、内阻小等特点而广泛地用在现代储能系统当中;基于TMS320F2407A电池智能管理系统具有过压/欠压/过流/短路等基本保护功能,在此基础上加入了上均衡电路、下限自锁电路、电量显示电路;锂电池/超级电容储能系统可有效地储存农村电网低峰时期多余的电能,又可吸收调速系统制动时回馈的能量,极大地提高了储能的利用率;直流母线电压的闭环控制保证了电机供电的稳定性,电流跟踪实验与转速闭环实验结果说明调速系统性能良好.
本文链接：/Periodical_zzgxyxb200905016.aspx
授权使用：东南大学图书馆(wfdndx)，授权号：bcb2d3d9-3c33-4731-97fe-9deb0090c7df
下载时间：2010年9月8日。