毕业设计（论文）_超级电容器储能控制系统的研究.doc

超级电容器储能控制系统的研究 摘 要 随着国民经济的发展和科技的进步，人民生活水平的不断提高，无论是工业、农业，还是商业，以及人民的日常生活都对电能质量提出了越来越高的要求。于是，各种各样的电网补偿元件出现在实际生产中。由于具有良好的性能，储能元件越来越受到人们的关注。 本文中对超级电容器的储能控制技术系统了研究。超级电容器是一种新型的储能元件，具有储电能力强，功率密度高的优点，可以快速充放电，而且寿命长，充电反复次数高，是高效实用的储能元件。文中首先对超级电容器出现的背景进行了说明，并且介绍了超级电容器的结构和原理，并对简单的储能控制技术进行研究。然后，本文在上文理论基础上建立了简单的超级电容器储能控制系统，研究设计了其中各个模块的构成和作用。最后，利用MATLAB对该系统的作用进行仿真，得出结论。结果表明：超级电容器储能控制系统能够很好的提高和改善电网电能质量。 关键词：电能质量； 超级电容器； 储能控制系统； 仿真 目 录 1 绪论 １ 1.1 问题的提出 １ 1.2 电压质量及其重要性 １ 1.2.1 电压干扰的方面 ２ 1.2.2 电压质量问题的重要性 ４ 1.3 引起电压干扰的原因与解决办法 ４ 1.3.1 引起电压干扰的原因 ５ 1.3.2 解决电压质量波动的措施 ５ 1.4 储能设备的发展现状 ５ 1.5 本章小结 ６ 2 超级电容器简介 ７ 2.1 超级电容器的产生背景 ７ 2.2 超级电容器的原理及分类 ７ 2.3 超级电容器的特点 ８ 2.4 超级电容器的应用 ８ 2.5 本章小结 ９ 3 超级电容器储能系统结构及控制技术 １１ 3.1 超级电容器的等效电路模型 １１ 3.2 超级电容器储能系统基本理论 １１ 3.3 超级电容器储能控制系统主电路 １２ 3.4 整流单元的选择 １２ 3.5 逆变器的选择与控制 １４ 3.5.1 逆变器的选择 １４ 3.5.2 逆变器的控制方法 １６ 3.6 DSP控制系统 １７ 3.7 abc-dq0坐标变换 １８ 3.8 本章小结 １９ 4 SPWM控制技术 ２０ 4.1 PWM控制技术 ２０ 4.2 SPWM调制方法 ２０ 4.3 采样型SPWM法 ２２ 4.3.1 自然采样法 ２２ 4.3.2 规则采样法 ２３ 4.4 SPWM波形的实现 ２５ 4.4.1 模拟调制方法 ２５ 4.4.2 SPWM 芯片控制 ２５ 4.5 本章小结 ２６ 5 超级电容控制系统的设计 ２７ 5.1 超级电容器控制系统的主电路构成 ２７ 5.2 功率主电路的设计 ２７ 5.3 DSP控制电路和抗干扰设计 ２８ 5.3.1 DSP控制电路的设计理论 ２８ 5.3.2 TMS320C5410芯片的基本介绍 ２８ 5.3.3 DSP控制电路设计 ３２ 5.3.4驱动电路设计 ３６ 5.3.5 DSP控制系统的抗干扰设计 ３７ 5.4 PI控制器设计 ３８ 5.4.1 PI控制器原理 ３８ 5.4.2 PI调节器的参数整定 ３９ 5.5 本章小结 ４０ 6 超级电容器控制系统仿真 ４１ 6.1 仿真模型的建立 ４１ 6.1.1 滤波器的设计 ４１ 6.1.2 PI控制器设计 ４１ 6.2 仿真数据 ４２ 6.3 结果分析 ４３ 6.4 本章小结 ４３ 7 结论 ４４ 1 绪论 1.1 问题的提出 随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，社会和人民生活对电力需求越来越大，这极大地促进了电力事业的发展，使电网不断扩大，与此同时，用户对供电质量和供电可靠性的要求越来越高，甚至连电源的瞬时中断也不能接受，任何微小的电力问题都会对社会造成无法估计的损失。与此同时，信息产业和新技术产业的飞速发展以及传统行业采用计算机管理及新的控制技术的应用，使得电网中对电能质量敏感的负荷所占比重越来越大，这就意味着信息社会不仅依赖于电力供应，而且更需要新的特殊性的电力供应。 电能作为商品，电能质量自然就成为其重要的特征参数，成为电力市场中的一个重要元素。IEEE给出电能质量问题的一般解释为：在供电过程中导致电气设备出现误操作或故障损坏的任何异常现象。电能质量包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量，涉及到电压、频率、波形和三相平衡等方面的用电可靠性、连续性、可操作性等方面。 针对电能质量问题，各国都在开展改善电能质量这方面的研究。美国电力科学研究院的N.H.Hingorani博士于1988年率先提出了“用户电力”（Custom Power）的概念，在配电网中，利用“用户电力”技术将配电系统改造成无瞬间停电、无电压闪变、无不对称现象和无谐波的实时控制的柔性化配电网，即利用各种电力电子控制器来提高配电网供电可靠性及电能质量。为了这一目标，美国西屋电气公司、德国西门子公司、日本三菱电气公司、瑞典