【正文】 超級(jí)電容器儲(chǔ)能控制系統(tǒng)的研究 摘 要 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人民生活水平的不斷提高，無(wú)論是工業(yè)、農(nóng)業(yè)，還是商業(yè)，以及人民的日常生活都對(duì)電能質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求。于是，各種各樣的電網(wǎng)補(bǔ)償元件出現(xiàn)在實(shí)際生產(chǎn)中。 由于具有 良好的性能，儲(chǔ)能元件越來(lái)越受到人們的關(guān)注。 本文中對(duì)超級(jí)電容器的儲(chǔ)能控制技術(shù)系統(tǒng) 了研究。超級(jí)電容器是一種新型的儲(chǔ)能元件，具有儲(chǔ)電能力強(qiáng)，功率密度高的優(yōu)點(diǎn)，可以快速充放電，而且壽命長(zhǎng)，充電反復(fù)次數(shù)高，是高效實(shí)用的儲(chǔ)能元件。文中 首先對(duì)超級(jí)電容器出現(xiàn)的背景進(jìn)行了說(shuō)明，并且介紹了超級(jí)電 容器的結(jié)構(gòu)和 原理， 并對(duì)簡(jiǎn)單的儲(chǔ)能控制技術(shù)進(jìn)行研究 。然后，本文在上文理論基礎(chǔ)上建立了簡(jiǎn)單的超級(jí)電容器儲(chǔ)能 控制系統(tǒng)， 研究設(shè)計(jì)了其中各個(gè)模塊的構(gòu)成和作用。最后 ， 利用 MATLAB 對(duì)該系統(tǒng)的作用進(jìn)行仿真，得出結(jié)論。結(jié)果表明：超級(jí)電容器儲(chǔ)能 控制系統(tǒng) 能夠很好的提高和改善電網(wǎng)電能質(zhì)量 。 關(guān)鍵詞： 電能質(zhì)量 ； 超級(jí)電容器； 儲(chǔ)能 控制系統(tǒng)； 仿真 目 錄 1 緒論 ..................................................................... １ 問(wèn)題的提出 ........................................................... １ 電壓質(zhì)量及其重要性 ................................................... １ 電壓干擾的方面 ................................................... ２ 電壓質(zhì)量問(wèn)題的重要性 ............................................. ４ 引起電壓干擾的原因與解決辦法 ......................................... ４ 引起電壓干擾的原因 ............................................... ５ 解決電壓質(zhì)量波動(dòng)的措施 ........................................... ５ 儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................... ５ 本章小結(jié) ............................................................. ６ 2 超級(jí)電容器簡(jiǎn)介 ........................................................... ７ 超級(jí)電容器的產(chǎn)生背景 ................................................. ７ 超級(jí)電容器的原理及分類 ............................................... ７ 超級(jí)電容器的特點(diǎn) ..................................................... ８ 超級(jí)電容器的應(yīng)用 ..................................................... ８ 本章小結(jié) ............................................................. ９ 3 超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制技術(shù) ....................................... １０ 超級(jí)電容器的等效電路模型 ........................................... １０ 超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)基本理論 ......................................... １０ 超級(jí)電容器儲(chǔ)能控制系統(tǒng)主電路 ....................................... １１ 整流單元的選擇 ..................................................... １１ 逆變器的選擇與控制 ................................................. １３ 逆變器的選擇 ................................................... １３ 逆變器的控制方法 ............................................... １４ DSP 控制系統(tǒng) ........................................................ １６ ABCDQ0 坐標(biāo)變換 ..................................................... １７ 本章小結(jié) ........................................................... １８ 4 SPWM 控制技術(shù) .......................................................... １９ PWM 控制技術(shù) ........................................................ １９ SPWM 調(diào)制方法 ....................................................... １９ 采樣型 SPWM 法 ...................................................... ２１ 自然采樣法 ..................................................... ２１ 規(guī)則采樣法 ..................................................... ２２ SPWM 波形的實(shí)現(xiàn) ..................................................... ２４ 模擬調(diào)制方法 ................................................... ２４ SPWM 芯片控制 .................................................. ２４ 本章小結(jié) ........................................................... ２５ 5 超級(jí)電容控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ................................................. ２６ 超級(jí)電容器控制系統(tǒng)的主電路構(gòu)成 ..................................... ２６ 功率主電路的設(shè)計(jì) ................................................... ２６ DSP控制電路和抗干擾設(shè)計(jì) .......................................... ２７ DSP 控制電路的設(shè)計(jì)理論 ........................................ ２７ TMS320C5410 芯片的基本介紹 ...................................... ２７ DSP 控制電路設(shè)計(jì) ................................................ ３１ 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) .................................................... ３５ DSP 控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì) ........................................ ３６ PI 控制器設(shè)計(jì) ...................................................... ３７ PI 控制器原理 .................................................. ３７ PI 調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定 ............................................. ３８ 本章小結(jié) ........................................................... ３９ 6 超級(jí)電容器控制系統(tǒng)仿真 ............................................... ４０ 仿真模型的建立 ..................................................... ４０ 濾波器的設(shè)計(jì) ................................................... ４０ PI 控制器設(shè)計(jì) ................................................... ４１ 仿真數(shù)據(jù) ........................................................... ４１ 結(jié)果分析 ........................................................... ４２ 本章小結(jié) ........................................................... ４２ 7 結(jié)論 ................................................................... ４３ 第 １ 頁(yè) 1 緒論 問(wèn)題的提出 隨著 國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，社會(huì)和人民生活對(duì)電力需求越來(lái)越大，這極大地促進(jìn)了電力事業(yè)的發(fā)展，使電網(wǎng)不斷擴(kuò)大，與此同時(shí)，用戶對(duì)供電質(zhì)量和供電可靠性的要求越來(lái)越高，甚至連電源的瞬時(shí)中斷 也不能接受，任何微小的電力問(wèn)題都會(huì)對(duì)社會(huì)造成無(wú)法估計(jì)的損失。 與此同時(shí)，信息產(chǎn)業(yè)和新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展以及傳統(tǒng)行業(yè)采用計(jì)算機(jī)管理及新的控制技術(shù)的應(yīng)用，使得電網(wǎng)中對(duì)電能質(zhì)量敏感的負(fù)荷所占比重越來(lái)越大，這就意味著信息社會(huì)不僅依賴于電力供應(yīng)，而且更需 要新的特殊性的電力供應(yīng)。 電能作為商品，電能質(zhì)量自然就成為其重要的特征參數(shù)，成為電力市場(chǎng)中的一個(gè)重要元素。 IEEE 給出電能質(zhì)量問(wèn)題的一般解釋為：在供電過(guò)程中導(dǎo)致電氣設(shè)備出現(xiàn)誤操作或故障損壞的任何異?，F(xiàn)象。電能質(zhì)量包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量，涉及到電壓、頻率、波形和三相平衡等方面的用電可靠性、連續(xù)性、可操作性等方面。 針對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題，各國(guó)都在開(kāi)展改善電能質(zhì)量這方面的研究。美國(guó)電力科學(xué)研究院的 博士于 1988 年率先提出了“用戶電力”（ Custom Power）的 概念，在配電網(wǎng)中，利用“用戶電力”技術(shù)將配電系統(tǒng)改造成無(wú)瞬間停電、無(wú)電壓閃變、無(wú)不對(duì)稱現(xiàn)象和無(wú)諧波的實(shí)時(shí)控制的柔性化配電網(wǎng)，即利用各種電力電子控制器來(lái)提高配電網(wǎng)供電可靠性及電能質(zhì)量。為了這一目標(biāo)，美國(guó)西屋電氣公司、德國(guó)西門子公司、日本三菱電氣公司、瑞典 ABB 公司等各大電力設(shè)備制造廠都制造出相應(yīng)的產(chǎn)品。在美國(guó)、歐洲以及東南亞的新加坡，已經(jīng)有多種類型的裝置投入了實(shí)際運(yùn)行。與此相較，我國(guó)在這一方面還處于起步階段，部分院校與研究機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行著一些有益的嘗試，并取得了一定的成果。 配電電能質(zhì)量分析與控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的 應(yīng)用與推廣可使電力用戶提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本；對(duì)供電企業(yè)來(lái)講，可減少在將來(lái)電力市場(chǎng)條件下的停電補(bǔ)償，電力按質(zhì)論價(jià)，增加售電收益，樹(shù)立為用戶的良好服務(wù)形象。該項(xiàng)目的研究不僅具有理論意義，而且具有重要的實(shí)用價(jià)值。 電壓質(zhì)量及其重要性 隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們已經(jīng)離不開(kāi)電了。人們無(wú)時(shí)無(wú)刻不再消耗的電能，電燈、電風(fēng)扇、電腦、洗衣機(jī)等越來(lái)越多的電氣設(shè)備進(jìn)入人們生活的每個(gè)角落。于是越來(lái)越多，越來(lái)越大的發(fā)電廠被人們建造，為了能量的節(jié)約與合理利用，大面積的公用電網(wǎng)被建立了起來(lái)。 理想狀態(tài)的公用電 網(wǎng)應(yīng)該是以恒定的頻率、正弦波形和標(biāo)準(zhǔn)電壓對(duì)用戶供電。同時(shí)在三相交流系統(tǒng)中，各相電壓和電流的幅值應(yīng)大小相等、相位對(duì)稱且互差 ?120 。但由于系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器和線路等設(shè)備非線性或不對(duì)稱，負(fù)荷性質(zhì)多變，加之調(diào)控手段不完善及運(yùn)行操作、外來(lái)干擾和各種故障等原因，這種理想的狀態(tài)并不存在，因此產(chǎn)生了電網(wǎng)運(yùn)行、用電設(shè)備和供用電環(huán)節(jié)中的各種問(wèn)題， 也就產(chǎn) 生了電網(wǎng)質(zhì)量的概念。 電能質(zhì)量是指通過(guò)公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的品質(zhì)。 而電能質(zhì)量又包括 電壓質(zhì)量（ Voltage quality）、 電流質(zhì)量 (Current quality)、供電質(zhì)量