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超级电容储能系统在微电网中的应用 殷桂梁，邵同盟，谢家宝 （燕山大学电气工程学院，秦皇岛 066004 ） 1 超级电容储能系统的结构 摘 要：随着可再生能源发电技术的发展，由分布式电源 构成的微电网不但能满足日益增长的负载的需求，而且投 超级电容储能系统是由超级电容储能器， 资成本低，能源利用效率高。储能系统作为能量缓冲器， DC-DC 斩波器以及整流器和逆变器组成。其结构 在微电网中扮演着越来越重要的角色。超级电容作为一种 如图 1 所示。超级电容储能系统放电时，储能器 新的能量存储设备，在微电网中发的使用有着无可替代的 经过 DC-DC 变换器、逆变器变流，将能量提供 作用。超级电容储能系统，在微电网中不仅仅具有储能作 给微电网，维持微电网的稳定。超级电容充电时， 用，它还能提高微电网输出的电能质量，对微电网的经济 电网电压经过整流器，DC-DC 斩波器，将能量输 运行起着很重要的作用。本文首先介绍了超级电容的储能 送给电容。 特点，然后给出了超级电容储能系统的结构，最后用 matlab 做仿真，比较了微电网在孤岛状态下单独运行下和 接入 SCESS 时电压、频率有功、无功的输出，证明超级 电容储能系统在微电网中的重要作用。 关键词： 微电网；超级电容；储能系统；MTALAB 仿真 0 引言 图 1 超级电容储能系统的结构 能量存储系统有很多种，包括超导电磁储能 1.1 DC-DC 变换器的结构及其控制策略 系统、蓄电池储能系统、超级电容器储能系统、 如图 2 所示，该变换器左端的电源是电容为 飞轮储能系统等。在这些储能系统中，超级电容 C=1000F ，电压的变化范围是 50~500V，输出电 的优点非常明显[1-5] ：（1）具有非常高的功率密度。 压是 800V。该电路是 Boost 升压结构，采用的是 电容器的功率密度可为电池的 10—100 倍，可以 滑模变控制方法，并结合使用电压外环，电流内 达到 10kW ／kg 左右，能够在短时间内放出几百 环的双环控制方法 [6-11] 。 到几千安培的电流。这个特点使得电容器更适合 用于短时间高功率输出的场合。（2 ）充电速度快。 超级电容器充电是双电层充放电的物理过程或电 极物质表面的快速、可逆的电化学过程，可以采 用大电流充电，能在几十秒到数分钟内完成充电 过程，是真正意义上的快速充电。（3 ）使用寿命 长。（4 ）使用温度范围广，低温性能优越。超级 电容器充放电过程中发生的电荷转移大部分都在 图2 Boost 变换器的滑模变结构控制仿真电路 电极活性物质表面进行，所以容量随温度衰减非 1.2 逆变器的结构及控制策略 常小。其工作温度为-40-80 度。（5 ）妥善解决了 下垂控制策略的实质为：逆变器可以通过检 贮能设备高比功率和高比能量输出之间的矛盾。 测本单元的输出功率大小，根据自身容量把频率 （6 ）高可靠性。超级电容器工作过程中没有运动 与幅值两个要素通过输出的有功功率和无功功率 部件，维护工作极少，因而超级电容器的可靠性 进行近似解耦控制。逆变器通过下垂控制得到输 是非常高的。（7 ）对环境无污染。产品原材料构 出电压频率和幅值的指令值，然后各自反相微调 成