超级电容器储能在电机驱动系统中的应用及其能量管理方法的研究

来源 :中国科学院电工研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ghf01508
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超级电容器作为一种新的储能器件,具有功率密度大、储能效率高、充放电速度快等诸多优点,具有非常广阔的应用前景。本文研究了超级电容器在电机驱动系统中的应用,主要内容如下:   1、以电梯负载为例分析了电机驱动系统负载功率的等效计算方法,并详细比较了能耗制动和超级电容器储能系统回收能量制动两种方式对电机驱动系统及电网侧的影响。仿真结果表明,使用超级电容器储能系统不仅能够吸收电机的再生制动能量,而且能够为电机提供峰值功率支撑,从而减小了电网功率的波动。   2、针对超级电容器在中高压电机驱动系统中的应用,提出了一种基于超级电容器的多输入/单输出的双向充放电的拓扑结构,并针对这种拓扑结构提出了一种新的控制结构。这种拓扑结构是由多个独立的双向DC-DC变换器输出串联组合而成,避免了大量超级电容器串联所带来的电压不均衡的问题,提高了超级电容器储能系统的可靠性。新的控制结构在传统的双闭环的控制结构上进行了改进,不仅使得整个双向DC-DC变换器的输出电压稳定可控,而且还能够保持内部各个独立的双向DC-DC变换器之间的电压平衡。   3、分析了超级电容器在电机驱动系统中的两种运行模式:UPS运行模式和节能运行模式。比较了超级电容器储能系统在这两种运行模式下的工作特点和能量流的关系并针对UPS运行模式分析了超级电容器储能系统的配置方法以及功率变换器的设计。根据超级电容器储能系统在UPS运行模式下的工作特点,采用了有限状态机的方法来实现对超级电容器的能量管理。   4、详细讨论了超级电容器储能系统在节能运行模式下时储能系统的配置和能量管理方法的设计。在节能运行模式下时,应该根据储能装置的功率大小与可回收的能量大小以及整流侧供电功率减小值之间的关系,并结合实际的需要来配置储能系统。提出了基于规则的能量管理方法和基于模糊控制的能量管理方法。这两种能量管理方法都是通过检测直流母线电压来判断电机的运行情况,从而控制超级电容器储能系统的工作状态,实现对超级电容器的能量管理。   本文研究了超级电容器储能系统在电机驱动系统中的作用,并针对不同的应用场合详细讨论了超级电容器储能系统的配置以及相应的能量管理方法的设计与实现。对于进一步开展超级电容器在电机驱动系统中的实际应用具有一定的理论意义和实用价值。
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