多模组串联超级电容电压均衡和状态估计研究

发布时间：2021-05-10 21:13

　　在大功率储能系统中,超级电容作为一种新型储能元件受到的重视程度越来越高。其快速的功率吸纳与释放能力使其较比各种电池类储能元件在一些需要快速功率变换的领域更为适合。为了保证超级电容储能系统可靠性以及使用寿命,需要对其进行有效管理。本文对超级电容管理系统进行研究,它主要包括两个功能:超级电容单体电压均衡与超级电容状态估计。论文中首先考虑到多单体的串联结构中,各单体之间的差异引起在储能系统充放电过程中逐渐出现电压差,这种电压差的累计会严重影响其正常工作,针对这一问题研究了电压均衡方法。其中,本文对多绕组变压器均压拓扑进行了建模分析,可以预测出模组均衡速度。同时该拓扑具有均衡单体数受限的缺陷,为此,本文在模组内使用多绕组变压器均压拓扑实现电压均衡的基础上提出一种新型的模组间单体的电压均衡方式,从而提高所能均衡单体的数量,同时因为均衡原理与多绕组变压器均压拓扑相同而能够保持其优点。这两种拓扑的有效性均通过Simulink仿真和实验进行验证。超级电容管理系统在实现电压均衡的同时,还需要给出超级电容单体实时的电量指标,并且能检测出超级电容在使用过程中的性能衰变,从而进行故障诊断,所以还需要具备在线估... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 超级电容电压均衡拓扑研究现状
    1.3 超级电容的等效电路模型研究现状
        1.3.1 超级电容物理建模
        1.3.2 等效电路模型
    1.4 超级电容状态估计研究现状
        1.4.1 超级电容SOC估计
        1.4.2 超级电容SOH估计
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 基于多绕组变压器的超级电容均衡研究
    2.1 引言
    2.2 多绕组变压器拓扑建模
        2.2.1 等效电路建模
        2.2.2 均衡时间分析
    2.3 基于多绕组变压器的多模组间电压均衡拓扑
        2.3.1 拓扑构成与均衡原理
        2.3.2 等效电路建模
    2.4 模组间均衡拓扑设计关键问题分析
    2.5 本章小结
第3章 超级电容SOC在线估计算法研究
    3.1 引言
    3.2 超级电容模型方程建立
    3.3 基于卡尔曼滤波的SOC估计
    3.4 基于SMO的SOC估计
    3.5 基于超级电容简化模型的SOC估计
    3.6 本章小结
第4章 超级电容SOH在线估计算法研究
    4.1 引言
    4.2 SOH在线估计关键问题分析
    4.3 基于线性最小二乘的在线参数识别
    4.4 基于EKF的在线参数识别
    4.5 基于EKF的超级电容模型参数与SOC估计
    4.6 本章小结
第5章 系统仿真和实验验证
    5.1 引言
    5.2 电压均衡拓扑仿真验证
        5.2.1 多绕组变压器拓扑仿真验证
        5.2.2 模组间均衡拓扑仿真验证
    5.3 电压均衡拓扑实验验证
        5.3.1 多绕组变压器拓扑实验验证
        5.3.2 模组间均衡拓扑实验验证
    5.4 超级电容SOC估计算法仿真研究
        5.4.1 基于KF与SMO的SOC估计仿真验证
        5.4.2 模型参数不准确时两种观测器的性能对比
        5.4.3 观测器模型参数识别与模型简化仿真研究
    5.5 超级电容SOH估计算法仿真研究
        5.5.1 基于线性最小二乘与EKF的参数识别仿真验证
        5.5.2 基于EKF的超级电容模型参数与SOC估计仿真验证
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于组合型双向DC-DC变换器的超级电容储能系统控制策略分析与设计[J]. 武伟,谢少军,张曌,陈文明,裴兴华.  电源学报. 2016(03)
[2]基于MMC双向DC-DC变换器的超级电容储能系统控制策略分析与设计[J]. 武伟,谢少军,张曌,许津铭.  中国电机工程学报. 2014(27)

博士论文
[1]电动客车用超级电容器组动态均衡技术研究[D]. 孔治国.哈尔滨工业大学 2007



本文编号：3180070