基于超级电容器储能的直流DVR装置设计与实现
(3)使用寿命长。
超级电容器充放电过程中发生的电化学反应可逆性好，循环充放电次数理论值为无穷，实际可达100 000次，比电池的寿命高10~100倍。
(4)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在电极活性物质表面进行，所以容量随温度的降低而衰减的量非常小;而电池在低温下容量衰减幅度可高达70%.
插件电感器电能质量问题往往具有出现率高、持续时间短等特点，因此应用超级电容器作为储能设备进行快速补偿是一种理想的技术方案。
表1 3 种电化学储能元件的性能比较
3 双向DC-DC 变换器主电路及工作原理
双向DC-DC变换器的主电路结构如图3所示。通过控制开关T1和T2，达到双向直流升压与降压的目的。在升压运行时，T2动作，T1截止，变换器工作在Boost状态;当T1动作，T2截止时，变换器工作在Buck状态，实现降压功能。
图3 双向DC-DC 变换器主电路
3.1 Boost 模式
开关T2处于恒脉宽调制方式下，双向DC-DC变换器主电路Boost 模式下等效电路如图4 所示。当T2 导通时(图4(a))，电源v2向电感L充电，电能转化为磁能存储于L中，同时电容C2向v1供电;当T2关断时(图4(b))，电感L释放磁能向v1 供电。电感L的储能作用能使电压泵升，通过电容C2 稳压之后，可使输出电压高一体电感于输入电压。
图4 Boost 模式下等效电路
3.2 Buck 模式
开关T1处于恒脉宽调制方式下，双向DC-DC变换器主电路Buck 模式下等效电路如图5 所示。当T1 导通时(图5(a))，v1通过电感L给v2充电，部分电能转化为磁能存储于L中;当T1关断时(图5(b))，电感L中存储的磁能转化为电能，通过二极管给v2充电。Buck模式电流流向与Boost 模式的相反。
图5 Buck 模式下等效电路
4 超级电容器充放电控制策略
电感生产根据超级电容器的特点，本文提出了充电恒流、放电双闭环的分时控制策略。
4.1 超级电容器充电控制
直流母线一体电感器工作在正常电压范围内，当超级电容器阵列电压低于额定工作电压时，对超级电容器进行充电，其充电控制框图如图6 所示。通过实际充电电流与参考充电电流的滞环比较及对最大开关频率的限制，产生信号控制恒流充电。恒流充电有利于对储能装置的保护，且动态响应较快。
图6 超级电容器充电控制框图
4.2 超级电容器放电控制
超级电容器放电控制系统采用电压外环、电流内环的双闭环结构(图7 )。利用电压环计算得到电压偏差，之后计算出电流环参考值;电流环根据参考值得到合适的补偿电流，通过传递函数变换得到补偿值。图7中：
，Vref为给定的电压控制量，Kv为电压反馈放大系数，Ki为电流反馈放大系数，Gvd为S 域的控制电压，Gid为S域的控制电流，为占空比扰动量，为高压侧输出电压扰动量。
图7 双闭环控制结构框图。
对于Boost 模式工作状态，使用状态空间平均法可得到其状态方程：
式中：v1--高压侧输出电压;v2--低压侧输入电压;α --时间系数，相当于占空比，α =ton÷(toff+ton);iL --电感电流;R--限流电阻;L--充放电电感量;C--超级电容容量;r1 --电容器内阻。平面变压器厂家 | 平面电感厂家
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