摘 要

超级电容作为一种新兴得绿色环保的储能元件，具有很多传统蓄电池没有的优点，比如功率密度很高、无污染、循环寿命长等，所以超级电容广泛的应用于储能领域，如电力系统、电动车辆以及不间断电源等等。本文主要研究的是超级电容的储能作用在电力系统方面的应用，将超级电容放在复合储能中工作，研究其工作性能及充放电特性，本文对超级电容进行了以下研究：

（1）了解国内外最新的超级电容技术，分析现阶段超级电容在应用到实际时需要克服的困难。认识超级电容的基本等效电路，并用数学公式表达出相关的函数关系，从理论上分析超级电容的充放电特性，弄清影响超级电容充放电的因素。

（2）对双向DC/DC变换器展开研究，分析并了解它的基本结构、工作原理以及对变换器工作影响较大的几个参数，对变换器进行建模分析，并用数学公式表达出变换器结构图的相关函数关系，能够对双向变换器有一个基本认识。

（3）研究复合电源中超级电容的控制策略，对电路系统中超级电容的工作情况作相对全面的分析，了解电压电流双环控制的原理。

（4）学习使用Matlab/Simulink仿真软件，能够对软件的操作有基本了解，并能够尝试在软件中搭建包含有超级电容储能元件的电路系统，以仿真验证超级电容储能的工作性能。

关键词：超级电容；复合储能；双向DC/DC变换器；Matlab/Simulink软件；建模仿真

Abstract

Because of the advantage of high power density, long cycle life, no pollution, etc, super-capacitor has been widely used in the field of energy storage, such as power system, electric vehicles, uninterruptible power supply, etc. In this paper, the application of super-capacitor in power system is mainly studied. The super-capacitor is applied to energy storage and its performance and its charge and discharge characteristics have been studied in this paper. The application of super-capacitor in power system will be studied as follows:

Firstly, this paper study the latest ultra-capacitor technology domestic and international research, and the difficulties of the application of the super-capacitor will be analyzed. Knowing the basic equivalent circuit of super-capacitor, and express the related function of the circuit by mathematical formula. Besides, the charge and discharge characteristic of ultra-capacitor and the factors affecting the process will be analyzed in this paper.

Secondly, the bidirectional DC/DC converter will be studied, and the structure and working principle of converter and the parameters that influence its working process will be analyzed. Then this paper Models and analyzes the DC/DC convertor, and express the function of converter with mathematical formula. In a word, what we do is to have a basic understand of the bidirectional DC/DC converter.

Thirdly, studying the control strategy of super-capacitor in compound power source, and making a comprehensive analysis of the work of super-capacitor in the circuit system. Besides, understanding the principle of double loop control of the voltage and the current.

Lastly, learning the use of Matlab/Simulink software, understanding the basic operation, and then trying to build the circuit system which involves the super-capacitor energy storage element to verify the performance of ultra-capacitor.

Keywords: super-capacitor; compound storage; bidirectional DC/DC converter; Matlab/Simulink software; modeling and simulation.

目录

1 绪论 1

1.1课题的目的及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国外现状 2

1.2.2国内现状 2

1.3本文的主要研究内容 3

1.3.1本文的主要工作 3

1.3.2论文的内容安排 4

2 硬件选型及安装 5

2.1超级电容的选型 5

2.2超级电容的安装 6

2.2.1连接片连接准备工作 6

2.2.2 装配连线 6

3 超级电容性能研究 8

3.1超级电容工作原理与模型 8

3.2超级电容的特性 9

3.2.1超级电容的充电特性 9

3.2.2超级电容的放电特性 11

3.3本章小结 13

4 复合电源控制策略研究 14

4.1超级电容充放电控制原理 14

4.1.1双向DC/DC变换器原理 14

4.1.2双向DC/DC变换器参数 15

4.2超级电容充放电控制策略研究 15

4.2.1双向DC/DC变换器建模 15

4.2.2控制策略分析 21

4.3本章小结 22

5 超级电容的充放电仿真 23

5.1超级电容仿真模型 23

5.2仿真结果及分析 25

5.3本章小结 26

6 总结与展望 27

6.1总结 27

6.2展望 27

参考文献 28

绪论

1.1课题的目的及意义

电能相比于其它能源是一种很清洁的能源，电在人们的日常生活中已经无处不在、无时不有。常用的电能储能设备基本是基于蓄电池的，然而蓄电池循环寿命较低，而且其功率密度较低，充电时间也比较长，因此，蓄电池的发展受到限制。超级电容作为一种绿色无污染的元件，其有着很多传统蓄电池所无法企及的优点，其应用前景很广阔^[1]。

超级电容真正发展起来较晚，在20世纪中期人们普遍认为超级电容的功率和能量比较低，而且它的循环寿命也比较短。这种现状一直持续到20世纪末，那时，应用了超级电容的混和电动汽车逐渐开始兴起，超级电容也开始为人们所关注，很多机构也开始研发超级电容。在当今社会，超级电容受到越来越多的重视，作为一种绿色无污染的清洁电源，很多发达的国家都花费大量资源去研发技术，并都把超级电容器的研究列为了国家的重点战略研究项目。本课题的研究还能培养学生独立思考的能力，增强其发现、分析和解决问题的能力，因此，本课题的研究是有着重大意义的。。