超级电容器的储能特性研究
蓄电池超级电容混合储能系统研究
202电力电子Power Electronic电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering目前正是“十四五”开局之年，我国也迈入到全面建设现代化国家的关键阶段，能源行业也进入到了转型的关键时期，比如可再生能源并网、智慧电网的直流系统等都进行了改造升级。
而混合储能可以将蓄电池与超级电容的优点进行联合使用，可以最大的发挥储能的技术性能，适应时代的发展。
1 混合储能系统结构与控制方式锂电池与超级电容所构成的混合储能系统其组成的阵列是由储能单体进行串并联所组成的，并通过储能变流器以及单体串并联构成的。
储能变流器是通过必要的电子设备所构成，其最主要的作用是通过对开关的开通与关闭来进行储能系统的充电与放电，并且利用系统的滤波功能来实现外部因素对于混合储能系统的一些影响。
1.1 超级电容储能系统的控制超级电容是功率型的储能，其具有相应速度快、循环寿命长的优点，并且可以用来响应外界的高频率波动。
其一般是通过PQ 的控制方式来对外界中频繁变动的功率的波动进行吸收。
因为超级电容的能量密度相对较小，其电压的范围又相对较广，一般情况下应该选择三重化双向的DC/DC 以及双向的DC/AC 的变流器作为超级电容储能系列的控制接收。
对于远程运行过程中蓄电池超级电容储能系统的控制主要是分为两个部分，双向的变向器主要采用的是跟踪有功功率的控制方式，通过并网变流器的使用，对直流母线电压进行更好的控制。
对于开关而言，其需要在时序上面相差120°，从而减小电流文波，不断的将动态性能进行改善，并起到一定的备用作用，从而大幅度的减少波动频繁而导致的功能需求不足。
1.2 蓄电池储能的系统控制蓄电池是较为常用的能量型的储能方式，其可以用来制定功率进行充电或者是放电，从而将其作为整个系统中的一个平衡点，对系统功率的平衡以及整体稳定的频率进行调节，满足功能平稳的需求。
电磁储能分类
电磁储能分类1. 超级电容器储能：超级电容器是一种能够快速充放电的储能装置，它利用电解质和电极之间的界面双层来储存电能。
超级电容器具有高功率密度、长寿命和快速充放电的特点，常用于短时间的能量储存和释放，如能量回收系统、脉冲电源等。
2. 超导储能：超导储能是利用超导材料在低温下的零电阻特性来实现电能的储存。
超导储能装置通常由超导电缆或线圈组成，可以实现高能量密度和高效率的能量储存。
超导储能在电力系统中可用于功率调节、能量平衡和短路电流限制等。
3. 飞轮储能：飞轮储能是将电能转化为机械能，并以旋转的飞轮形式储存能量。
当需要能量时，飞轮通过电动机或发电机将机械能转换回电能。
飞轮储能具有高能量密度、长寿命和快速响应的特点，常用于不间断电源、能量回收和电网调频等领域。
4. 电感储能：电感储能是利用电感元件（如线圈）在电磁场中的感应电动势来储存电能。
电感储能装置通常具有较高的能量密度和较长的储能时间，常用于电力电子系统中的滤波器、谐振电路和能量传输等。
5. 电池储能：电池储能是最常见的电磁储能方式之一，它利用化学反应将电能储存于电池中。
电池储能包括多种类型，如铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池等。
电池储能具有能量密度较高、使用方便和广泛应用的特点，常用于移动设备、电动汽车和可再生能源系统等。
这只是一些常见的电磁储能分类，实际上还有其他的电磁储能技术，如磁悬浮储能、超级电感储能等。
不同的电磁储能技术在能量密度、功率密度、充放电速度、寿命和成本等方面具有各自的特点，因此在实际应用中需要根据具体需求选择合适的储能技术。
以上内容仅供参考，希望能对你有所帮助。
如果你需要更详细的信息，建议查阅相关的专业资料或咨询专业人士。
超级电容器的研究
3、表面官能团
主要通过两种途径： 1）改变表面的润湿性能 2）官能团自身发生可逆的氧化还原反应 从制备高容量、耐高压、稳定性好的电容器角度 出发 , 要求活性炭材料表面的官能团有一个合适 的比例。
4、微晶结构
对超级电容器来说,中孔比例大一些比较好 中孔碳材料的方法主要有三种: 1）催化活化法 2）混合聚合物炭化法 3）模板炭化法
3、发展趋势：
• 提高性能、降低成本是超级电容器发展的主旋律。 • 从超级电容器的发展历史来看，电容器虽然能够 提供高功率，但电容器不能像电池一样提供高的 重量能量比，期望将来超级电容器能够代替电池 作为储能元件，兼具高能量和高功率的性能。 • 超级电容器是绿色环保、能源开发的重要方向之 一，它的研发必将带动整个电子产业及相关行业 的发展，目前国内超级电容器的开发生产刚刚起 步，具有广阔的发展空间。
双电层原理示意图
2. 性能特点
—介于电池和物理电容器之间
性 能 铅酸电池 1-5小时 超级电容器 0.3-若干秒 普通电容器 10-3—10-6秒
充电时间
放电时间
比能Wh/kg 循环寿命 比功率W/kg 充放电效率
0.3-3小时
30- 40 300 < 300 0.7-0.85
0.3-若干秒
1- 20 >10000 >1000 0.85-0.98
2) 赝电容型超级电容器
(1) 金属氧化物材料 • 贵金属氧化物材料 —RuO2：无定型RuO2拥有更高 的电导率，更高的比电容，更高的电化学可逆性。 • 替代RuO2的廉价金属氧化物材料—MnO2和NiO。
(2) 导电聚合物材料 聚苯胺(PANI)、聚吡 (PPy)和聚噻吩(PTh) 他们的一些相关衍生 物。 优点： 价格低廉、对环境友 好、高导电率、高度 可逆以及活性可控。
超级电容器的性能研究
超级电容器的性能研究超级电容器的性能研究李宝华"周鹏伟康飞宇曾毓群StudiesofSuperCapacitorLiBaohua'ZhouPengwei'KangFeiyu'ZengYuqun摘要:本工作对超级电容器性能进行了研究.电化学测试发现有机体系超级电容器拥有良好的电化学性能.其能量密度可达6.8Wh/Kg,最高功率密度超过1000W/Kg,2.5万次充放电循环后容量保持率在70%以上,循环性能良好,充放电效率高,且内阻小.关键词:活性炭超级电容器比电容充放电特性一.前言超级电容器是一种新型的电化学能量储存和转换装置,与传统意义上的电容器相比有着更高的法拉第比电容量和能量密度;与蓄电池相比则具有功率密度,充放电时间短,循环性好,使用寿命长,便于维护等特点1-6J.从某种意义上可以说超级电容器有着传统电容器和电池的双重功能,其功率密度远高于普通电池,能量密度远高于传统电容,因而填补了这两个传统技术问的空白.超级电容器同时也可在极低温等极端恶劣的环境中使用,并且无环境污染.本工作使用成本较低的粉状活性炭作为电极原料,采用层叠制造技术制备了工作电压为2.8V有机体系超级电容器,并考察了电容器的实用性能,为电容器的实用化提供参考.二.实验1电极膜片的制备按照质量比80:10:10的比例称取活性炭粉,乙炔黑和粘结剂,干混后加入适量的溶剂,调节溶剂用量使得浆料达到合适的粘度要求,然后用磁力搅拌器搅拌一定时间,之后把浆料均匀涂覆于金属集电流体上,涂好后即放入70℃左右的烘箱中干燥,然后在对辊轧机上轧制,将所得到的电极体在裁切机上裁成所需形状与大小的电极膜片备用.2.超级电容器的结构及制造超级电容器的基本单元为:活性炭正,负电极膜片中间加隔离膜,注入1MEt4NBF4/PC(四乙基四氟化硼酸铵盐/碳酸丙稀酯)电解液,并紧紧挤压在一起.将多只基本单元的正极与正极,负极与负极相互连接组成大容量的片式并联结构超级电容器.3.超级电容器测试仪器超级电容器的电化学测量采用直流恒流循环法测定,测定工作使用美国Maccor公司的4通道MC-4型电化学工作站和Arbin公司生产的16通道超级电容器测试仪上完成.三.结果与讨论1.超级电容器1亘电流充放电性能图1,表1是2.8V/IOOF超级电容器在不同电流密度下的充放电性能,图1中在恒定电流充放电情况下,电压和时间呈良好的线性关系,这进一步说明对于多孔炭电极而言其在有机电解液体系以形成双电层电容为主,几乎不存在假电容的现象.在表1中当充放电电流为0.1A时,超级电容器的能量密度可达6.8Wh/Kg和11.7Wh/L;电流增至4.5A时能量密度仍可达4.6Wh/Kg和8.0Wh/L.作者简介:作者单位:i.清华大学深圳研究生院新材料研究所,广东省,深圳,518055;2东莞新能源电子科技有限公司,广东省,东莞市,523080电话:0755-********E—mail:libh自.CFI第一作者简介:李宝华,男,博士,清华大学深圳研究生院讲师,研究方向为能源与环境材料,主要包括新型炭材料,锂离子电池,超级电容器和燃料电池及其关键技术和部件.8m嬖Chargetime(S)图12.8v/100F超级电容器不同电流下充放电曲线表12.8V/100F超级电容器不同电流下放电性能2.超级电容器恒功率密度充放电性能早在1994年美国能源部就对商业化超级电容器性能指标提出了具体要求:能量密度和功率密度分别大于5Wh/Kg和1000W/Kg.国家"十五"863计划电动汽车重大专项也对电动车用超级电容器提出了功率密度大于1000W/kg和充放电寿命大于5万次的要求.直到目前为止研究者无法从国际市场上购买到能量密度和功率密度分别大于5Wh/Kg和1000W/Kg的超级电容器.3.交流阻抗谱(EIS)测试超级电容器的内阻,主要包括电解液本身电阻,活性炭电极固有电阻,集流体与活性炭的接触电阻三部分.图2所示为电容器的EIS图谱,频率范围10mHz～100kHz.从EIS图谱可以看到电容器R(Ohm)图2超级电容器的EIS图谱(频率范围为10mHz～100kHz)u_O-0500010000150002000025000Cyclenumbers图3超级电容器循环性能9在低频区具有双电层电容"弥散效应"的明显特征,内阻值仅为46mQ,符合电源的低内阻要求.在超级电容器的阻抗谱表征中,经常研究"拐点"频率的大小,因为这个频率点是两个电极过程的分界点.以拐点频率为界,高频区阻抗的实部代表了电解液离子渗入电极微孔的难易;低频区则是双电层的电容效应.拐点频率的高低受离子在电解液中迁移率的影响,即离子迁移速率越快,拐点频率越高;而迁移速率又受离子大小,电解液黏度以及隔膜厚度与离子通透性等各个因素的限制.4.超级电容器循环性能图3给出了超级电容器在高电流密度(20mA/cm)下的2.5万次循环性能.在测试过程中循环一段时间后,电容器由于自身发热温度升高,并且可逆放电容量下降;经略微休息,电容器温度降至室温后,继续进行充放电测试,电容器可逆容量略有反弹,但仍比最初容量低.在1万次循环,容量下降约20%之后,交叉进行充放电循环和休息,超级电容器容量衰减已经非常缓慢.容量的衰减一方面是由于电解液本身所含杂质和多孔炭所吸附的水份发生分解产生少量气体,电容器出现气胀,内阻增加,容量减少;另一方面在长期的充放电循环过程中电解液必然要发生老化,同样造成内阻增加,容量减少.其中第一个因素可以通过电解液的进一步纯化和对多孔炭电极高温真空干燥予以解决.由电容器充放电容量可以计算出电容器的充放电效率.图4中电容器首次循环的效率为77%,随着循环次数的增加,充放电效率逐渐增高并稳定,5次循环后达到97%以上,远高于电池的充放电效率,说明电容器是一种高效率电子装置.与蓄电池电池相比,双电层电容器的充放电容量较小,但充放电时间短,功率密度大,充放电效率高.O/clen1.J~b1....』t1II]一'.0500O1∞∞15000200∞250D0Cyclenumbers图4超级电容器循环效率变化四,结论1.有机电解液体系超级电容器的法拉第容量随电流密度的增大而略有降低,在小电流充电条件下,能量储存密度可达6.8Wh/Kg,充电电流增大45倍后,电容量保持率为81%.2.超级电容器最高功率密度超过1000W/Kg,2.5万次充放电循环后容量保持率在70%以上,循环性能良好,充放电效率高,且内阻小.参考文献【1】戴贵平,刘敏,王茂章,等.电化学电容器中炭电极的研究与开发I.电化学电容器【J】.新型炭材料,2002,17(1):71-79【2】刘辰光,刘敏,王茂章,等.电化学电容器中炭电极的研究与开发II.炭电极【J】_新型炭材料,2002,17(2):64.72【3】孟庆函.李开喜.宋燕.等.石油焦基活性炭电极电容特性研究【J】_新型炭材料,2001,16(4):18-21【4】何月德,刘洪波,张红波.活化剂用量对无烟煤基高比表面积活性炭电容特性的影响【J】_新型炭材料,2002,17(4):18-2210∞∞∞0—口/o一∞石亡石一.一l.[5】文越华,曹高萍,程杰,等.纳米孔玻态炭一超级电容器的新型电极材料I.固化温度对其结构和电容性能的影响[J].新型炭材料,2003,18(3):219-224[6】周鹏伟,李宝华,康飞宇.椰壳活性炭基超级电容器的研制与开发.新型炭材料,待发表.。
双电层超级电容器以及自放电性能研究
双电层超级电容器以及自放电性能研究发布时间：2021-09-15T08:15:56.221Z 来源：《中国电业》2021年14期作者：刘永久1 格根塔娜1 谷亮2[导读] 超级电容器又称电化学电容器或双电层电容器，是一种新型储能器件刘永久1 格根塔娜1 谷亮2锦州凯美能源有限公司1 辽宁铁道职业技术学院2 辽宁省锦州市 121001一、引言超级电容器又称电化学电容器或双电层电容器，是一种新型储能器件，它利用电极/电解质交界面上的双电层来储存能量。
超级电容器具有功率密度高、充放电循环寿命长、充电时间短、贮存寿命长、工作温度范围宽等优点。
超级电容器在充电之后的贮存过程中，存在漏电电流，形成自放电。
自放电又称荷电保持能力，它是指在开路状态下，电池储存的电量在一定环境条件下的保持能力。
自放电是决定超级电容器性能的一项关键指标，相较于化学储能，自放电大这一特性极大地阻碍了超级电容器市场应用的进一步推广，因此改善超级电容器自放电是目前我们迫切需要解决的一大难题。
用于改善超级电容器的方法主要从原材料和生产工艺入手，包括杂质含量，产品内部结构设计，过程干燥工艺的优化等。
因此，本文研究和讨论了在加工制作过程中，形成超级电容器自放电的原理和机理。
二、实验部分（一）实验材料及仪器设备实验所用主要材料为CMC，分散剂，乙醇，粘结剂，活性炭，导电炭黑，铝箔，电解液等。
（二）活性炭极片的制备1.用天平称取分散剂0.4g于小钢杯中，加水500g，用强力搅拌器快搅10min。
2.停止搅拌，加乙醇100g于小钢杯中，搅5min。
3.停止搅拌，加导电炭黑20g，快搅40min。
4.停止搅拌，加CMC 5g，搅10min。
5.停止搅拌，加活性炭200g，搅至成浆，需12h。
6.加SBR粘接剂 25g，搅2h。
7.涂布：将上述制备的浆料过滤，使用极片涂布机将调制好的浆料均匀涂覆在铝箔集流体上，涂布速度设为3.5 m/h，经100℃至120℃系列梯度升温烘箱适度烘干后卷绕在纸轴上成卷，极片厚度控制在120 ±3μm，150 ±3μm和180 ±3μm。
超级电容器实验报告
实验报告题目C,MnO2的电化学电容特性实验姓名许树茂学号***********所在学院化学与环境学院年级专业新能源材料与器件创新班指导教师舒东老师完成时间2012 年 4 月1.【实验目的】1. 了解超级电容器的原理；2. 了解超级电容器的比电容的测试原理及方法；3. 了解超级电容器双电层储能机理的特点；4. 掌握超级电容器电极材料的制备方法；5. 掌握利用循环伏安法及恒流充放电的测定材料比电容的测试方法。
2. 【实验原理】超级电容器的原理超级电容器是由两个电极插入电解质中构成。
超级电容与电解电容相比,具有非常高的功率密度和实质的能量密度。
尽管超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高,但是超级电容与电解电容或者电池的结构非常相似。
图1 超级电容器的结构图从图中可看出,超级电容器与电解电容或者电池的结构非常相似,主要差别是用到的电极材料不一样。
在超级电容器里,电极基于碳材料技术,可提供非常大的表面面积。
表面面积大且电荷间隔很小,使超级电容器具有很高的能量密度。
大多数超级电容器的容量用法拉(F)标定,通常在1F到5,000F之间。
(1) 双电层超级电容器的工作原理双电层电容是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙所产生的。
对一个电极/溶液体系,会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。
当在两个电极上施加电场后,溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移,在电极表面形成双电层;撤消电场后,电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在正负极间产生相对稳定的电位差。
这时对某一电极而言,会在一定距离内（分散层）产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷,使其保持电中性;当将两极与外电路连通时,电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流,溶液中的离子迁移到溶液中成电中性,这便是双电层电容的充放电原理。
根据双电层理论,双电层的微分电容约为20µF/cm2,采用具有很大比表面积的碳材料可获得较大的容量。
超级电容器实验报告
超级电容器实验报告C,MnO2的电化学电容特性实验姓名许树茂学号 xx4016005所在学院化学与环境学院年级专业新能源材料与器件创新班指导教师舒东老师完成时间xx 年4 月1、【实验目的】1、了解超级电容器的原理；2、了解超级电容器的比电容的测试原理及方法；3、了解超级电容器双电层储能机理的特点；4、掌握超级电容器电极材料的制备方法；5、掌握利用循环伏安法及恒流充放电的测定材料比电容的测试方法。
2、【实验原理】超级电容器的原理超级电容器是由两个电极插入电解质中构成。
超级电容与电解电容相比,具有非常高的功率密度和实质的能量密度。
尽管超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高,但是超级电容与电解电容或者电池的结构非常相似。
图1 超级电容器的结构图从图中可看出,超级电容器与电解电容或者电池的结构非常相似,主要差别是用到的电极材料不一样。
在超级电容器里,电极基于碳材料技术,可提供非常大的表面面积。
表面面积大且电荷间隔很小,使超级电容器具有很高的能量密度。
大多数超级电容器的容量用法拉(F)标定,通常在1F到5,000F 之间。
(1)双电层超级电容器的工作原理双电层电容是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙所产生的。
对一个电极/溶液体系,会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。
当在两个电极上施加电场后,溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移,在电极表面形成双电层;撤消电场后,电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在正负极间产生相对稳定的电位差。
这时对某一电极而言,会在一定距离内（分散层）产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷,使其保持电中性;当将两极与外电路连通时,电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流,溶液中的离子迁移到溶液中成电中性,这便是双电层电容的充放电原理。
根据双电层理论,双电层的微分电容约为20µF/cm2,采用具有很大比表面积的碳材料可获得较大的容量。
超级电容器基本原理及性能特点
聚焦超级电容选型与应用上网时间：2010-05-27 作者：Zoro 来源：电子元件技术网超级电容和电池都是能量的存储载体，但二者有不同的特点。
超级电容通过介质分离正负电荷的方式储存能量，是物理方法储能，电池是通过化学反应的方法来储能。
超级电容充放电次数可达百万次，而电池只有1000次，显然超级电容寿命要远大于电池，降低维护成本且有利于环保。
超级电容充放电速度快，能够在机车启动时提供能量，刹车时捕获能量，因为超级电容充放电的时间在1秒左右，正好与机车刹车或启动的时间匹配。
其他设备比如风力发电中，风轮机变桨的时候要提供能量也是在这个时间段。
而电池的充放电大概在1小时到10个小时左右，而传统用于滤波的电容，充放电为0.03秒。
超级电容放电速度快，而且容量大，能够瞬间释放巨大的能量，能够用作备用电源，在系统突然断电时，在极短时间内为系统提供能量。
超级电容也可以用作发动机或动力电池的辅助，提高发动机的运行效率和能量利用效率。
在系统启动时，超级电容将捕获的能量释放，满足峰值功率要求，从而减轻电池或发动机的负担。
除此之外，超级电容还能用于自动抄表系统中的智能电表（水表，燃气表）、相机闪光灯、混合动力汽车。
超级电容节能、环保、高效的特点迎合了当下节能减碳的设计诉求。
本期半月谈聚焦超级电容，通过以下三个方面介绍超级电容：超级电容器基本原理及性能特点超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。
超级电容与电池的比较相对铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池，超级电容具有节能、超长使用寿命、安全、环保、宽温度范围、充电快速、无需人工维护等优点。
本文通过图表来对比各种不同储能产品的特点。
超级电容的典型应用与选型超级电容容量大，充放电速度快，而且充放电循环可达百万次，非常适合用作备用电源和提供峰值功率。
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阻 。电路中 ,电网电压 Udc必须总是大于超级电 容器的电压 USC ,否则 ,超级电容器上的能量会通 过 T1 的续流二极管流向直流电网 。由图可知 ,若 T1 导通 、T2 关断 ,电能从电网向超级电容器传递 , 电路处于降压模式 ; 若 T2 导通 、T1 关断 ,则电能 从超级电容器向电网传递 ,电路处于升压模式 。
550 3
10. 05, 0. 1 3. 0 1、2、4
图 4 Ld = 4 mH时的仿真波形 图 5 f = 1 kHz的仿真波形
1. 2 仿真结果 储能系统不工作时仿真波形如图 3所示 。 ① f = 2 kHz情况下 ,改变电感值 , Ld = 4 mH ,其仿真 波形如图 4所示 ; ② Ld = 4 mH , f分别为 1 kHz, 4 kHz,仿真波形如图 5、6所示 。
低压电器 ( 2008№5) 通用低压电器篇
·研究与分析 ·
超级电容器的储能特性研究
耿建明 , 李体明 , 王 炜 (海军装备研究院 舰船所 ,北京 100073 )
摘 要 : 分析了超级电容器储能系统在直流电网中的工作状态 ,对该储能系统进 行了建模 ,并对开关频率分别为 1、2、4 kHz时的储能系统模型进行仿真和实验 。实验 结果表明 ,超级电容器储能系统理论上是正确的 ,应用上也是可行的 。
图 2 升压电路模型
首先 ,作如下设定 : (1) 图中 RSC包括超级电容器内阻 、滤波电
感器 Ld 的直流内阻或通态电阻及线路电阻 。 ( 2) 不考虑 T1 、T2 、D1 、D2 通断时的开关过
程。
(3) 不考虑线路的分布电感 。 (4) 输出电压无纹波 ,即滤波电容 C0 足够大。 1. 1 仿真模型和参数的设定 仿真参数如表 1所示 。
Abstract: A super2capacitor energy storage system app lied in DC power system was analyzed and modeled. The energy storage system model was simulated and experimented on when sw itching frequencies were 1, 2 and 4 kHz respectively. The experiment result show s that the super2capacitor energy storage system is correct in theory and feasible in app lication.
[ 4 ] 唐济扬. Profibus产品开发及总线桥技术 [M ]. 上 海 :中国现场总线专业委员会 , 2003.
[ 5 ] 刘美俊. Profibus总线技术在纸厂控制系统中的应 用 [ J ]. 低压电器 , 2006 (6) : 39241. 收稿日期 : 2007 203 220
(上接第 18页 ) 的纹波也会有明显的改善 。
稳态工作时 ,开关管导通期间电感电流的增 量 ΔiL 等于它在开关管截止期间的减小量 。因 此 ,升压比为
M = UBUS = 1
(2)
UCM 1 - D
在每一个开关周期中 ,电感都有一个储能和
能量通过二极管的释放过程 ,也就是它必须有能
量送到负载端 。因此 ,若此时未接负载 ,则不断增
加的电感值储能不能消耗掉 ,于是负载端的输出
— 16 —
·研究与分析 ·
模仿真 。通过实验和仿真波形的对比 ,来判断储 能系统的正确性 。
在能量的双向传输过程中 ,通常要求储能系 统向电网释放电能时输出电压恒定 ;储能系统的 放电工况应优先考虑 ,图 2为升压电路模型 。这 里仅对储能系统放电时的工况进行分析 。
低压电器 ( 2008№5) 通用低压电器篇 图 3 储能系统不工作时仿真波形
从图 7～9 知 ,在超级电容器充电至 360 V , 突加大功率负载后 ,电网电压开始跌落 ,由 550 V 降至 400 V 左右 ;超级电容器开始向电网放电 ,使 电网电压又抬升到 550 V 左右 ,持续供电一段时 间后停止放电 。此时电流为反向电流 (由于采集 装置的原因 ,放电时电网电压纹波较大且电流毛 刺较多 ) 。 由上述试验波形看 ,这几种状态的波形基本 一致 。区别在于充 、放电时候随着开关频率的增 加 ,输出波形的纹波越小 ,随着电感的提升 ,输出
实验步骤如下 : (1) 充电 (先恒流 、后恒压 ) 。 ①先启动超级
电容器的控制器 ,即打开开关 ,先恒流充电 ; ②当 超级电容器的电压值充电至 360 V 时 ,停止充电 。
(2) 突加大功率负载放电。 ①无补偿装置 情况下 ,电网电压是否跌落 ; ② 加上补偿装置的 情况下 ,电网电压是否回升 ,超级电容器应向电网 放电 。
耿 建 明 ( 1979—) , 男 ,助理工程师 ,研 究方向为电力电子 与电力传动 。
GEN G J ianm ing, L I T im ing, WAN G W ei ( Institute of M arine, Navy Equipment Research Institute, Beijing 100073, China)
参 数
Байду номын сангаас
表 1 仿真参数设定
参数值
CSC / F RSC / Ω Ld / mH
C0 / m F
17. 5 17. 5 1、2、4 2. 4 (按允许电压 脉动 2 %选取 )
理想直流电压源 ES / V 等效母线输电电阻 RS / Ω 初始负载 R1 / Ω , L1 / mH 增加负载 RL / Ω 开关频率 f / kHz
(3) 电感值不变 ,改变 IGB T开关频率 ,突加 大功率负载时 ,超级电容器对电网进行补偿 。开 关频率可分别设定为 1、4 kHz。
(4) 开关频率不变 ,改变主电路中的电感值 , 电感值为 4 mH。
— 18 —
图 9 超级电容器放电电压波形和电网 电压 、电流波形 (4 mH , 4 kHz)
(下转第 42页 )
低压电器 ( 2008№5) 通用低压电器篇
·现场总线 ·
Station_ Type = 0
FM S_ supp = 1 Hardware_ Release = ″V1. 0″ Software_ Release = ″V2. 0″
/站类型 (DP 从站 ) / /对 FM S的支持 / / 硬件版本 / /软件版本 /
(6)
Idm in
= Id -
1 UdD T 2 Ld
关键词 : 赵级电容器 ; 储能系统 ; 直流电网 中图分类号 : TM 531. 4 文献标识码 : B 文章编号 : 100125531 (2008) 0520016203
Research on the Character istics of Energy Storage for Super2Capac itor
2. 2 实验结果 (1) f = 2 kHz L0 = 4 mH 时的实验波形如图 7 所示 。
图 7 超级电容器放电电压与电网电压 、 电流波形 (2 kHz, 4 mH)
(2) L0 = 4 mH , f分别为 1、4 kHz时的试验波 形如图 8、9所示 。
图 8 超级电容器放电电压波形和电网 电压 、电流波形 (4 mH , 1 kHz)
Δ iL
= U0 (1 - D ) D T L
= (1 - D ) DU0 Lf
(3)
设 : Idmax为电感最大值 , Idm in为电感最小值 ,则
Idmax -
Idm in
=Δ Id
= UdD T Ld
(4)
Idmax + Idm in = 2ΔId
(5)
Idm ax
= Id
+ 1 UdD T 2 Ld
3 结 语
本课题设计的针对传动系统的 Profibus2DP 从站通信接口设计方案具有通用性 ,可针对不同 的控制对象使用 ,在过程控制中有很高的利用价 值 。设计 Profibus2DP 从站通信接口有利于自主 研发具有 Profibus通信功能的智能从站设备 ,对 推动国内现场总线工业的发展具有积极的作用 。
【参 考 文 献 】
[ 1 ] 阳宪惠. 现场总线技术及其应用 [M ]. 北京 :清华大 学出版社 , 2002.
[ 2 ] 满庆丰 ,韩锋 ,夏继强. 开发 Profibus2DP 智能从站 [M ]. 电测与仪表 , 2003 (3) : 37240.
[ 3 ] 商高平 ,马伯渊. Profibus2DP现场总线在反渗透水 处理中的应用 [ J ]. 微计算机信息 , 2006 (4) : 56258.
电压会不断地升高 ,最后引起事故 。在试验中 ,升
压变换器不宜在 D≈ 1的情况下工作 。
在电流连续条件下 ,升压变换器变压比 M 也
仅与占空比 D 有关而与负载无关 。
通过二极 管 的 电 流 平 均 值 等 于 负 载 电 流 即
ID
= I0 ;通过开关管的电流平均值
IT
=
1
1 -D
I0
;电
感电流的脉动量为
关管的通 、断进行的 。
图 1 直流斩波电路基本拓扑结构
图中 : T1 、T2 为 IGBT; L0 为滤波电感 ; C0 为滤 波电容 ; CSC和 RSC分别为超级电容器及其等效内
1 储能系统建模仿真
为验证超级电容器储能系统的运行 ,本文搭 建了实验平台 ,并对实验中的各个器件进行了建
李体明 (1956—) ,男 ,高级工程师 ,研究方向为船舶机电 。 王 炜 (1982—) ,男 ,助理工程师 ,研究方向为船舶与海洋工程 。