关键字 |
| 超级电容器,SEPIC转换器,光伏电池 |
介绍 |
| 低成本的能源需求不断增加和日益担忧环境问题,基于光伏系统被越来越多地用于不同应用程序和国内商业水平。虽然现在各种各样的收获模式可行,收获通过太阳能光伏(PV)转换提供了最高的功率密度,这使得它的首选电源消耗几个千瓦特使用嵌入式系统相当小的收集模块。越来越强调节能。太阳能作为主要能源来源使直流负载直接连接到直流总线。太阳能光伏发电系统大致可分为独立的系统和发电系统。独立系统广泛应用在偏远地方电不是可行的。独立的配置可以提供一个井然有序的负载电压,但无法保证供电的可靠性。蓄电池广泛用于提高独立系统的可靠性。光伏系统的集成网格迅速增加是由于电力电子技术的改善。在短时间里光伏系统(gcpvs),生成的PV喂养电网,也提供了线性和非线性负载连接在交流方面。 In some hybrid systems[5] battery is used to compensate the mismatch between the generation and demand. |
当前场景 |
| 在发展中国家,电力需求增长超出了计划者的估计,和电网薄弱,全年计划停电是常见的。此外,还有计划外短期停机是随机和频繁。因此,grid-side逆变器应该在并网运行模式和离网模式提供不间断的电力停电期间临界载荷。短时间PV系统[1]包括一个电源(光伏阵列),权力下沉(负载),和两个电源/水槽(效用和电池),因此,功率流管理系统需要平衡功率流在这些来源。加载配置文件被电网正在发生显著的变化,这些设备必须从一个直流源。在某些应用程序中,一个电池直接连接在平行与直流总线。可以减少电池的大小。当一个电池充电器/放电器电路之间插入直流总线和在发展中国家,电力需求增长超出了计划者的估计,和电网薄弱,全年计划停电是常见的。此外,还有计划外短期停机是随机和频繁。因此,grid-side逆变器应该在并网运行模式和离网模式提供不间断的电力停电期间临界载荷。 A grid-connected PV system[1] involves a power source (PV array), a power sink (load), and two power sources/sink (utility and battery), and hence, a power flow management system is required to balance the power flow among these source. The load profile seen by the electrical grid is undergoing a notable change as these devices have to operate from a dc source. In some applications, a battery was connected directly in parallel with the dc bus. The size of the battery can be reduced. when a battery charger/discharger circuit is inserted between the dc bus and |
在当前所面临的挑战 |
| 当太阳辐射越少,电能质量退化的总谐波失真(THD)的线路电流成反比的力量注入到电网。此外,直流环节电压的扰动是反映在光伏阵列发电,和PV操作点变化的最大功率点(MPP)。因此,一种快速调节直流环节电压是必要的,以确保恒定的直流电压,同时保持当前的拉力标准内注入电网直流总线。电池的大小可以减少电池充电器/放电器电路时插入。 |
提出了系统 |
| 简单和低成本的方式来提取和储存能量从光伏来源是太阳能电池板直接连接到电池与一个二极管。这个解决方案的主要缺点是,系统并不总是工作在最优条件下将可用的太阳能。改善系统性能,可以添加一个控制器光伏板和电池。翻译最大功率点跟踪(MPPT)电路差异化设计的电力电子产品和/或转换控制策略,但是电池的充电电源波动的存在仍然是一个悬而未决的问题。 |
| 提出了一种电源管理架构,利用超级电容电池和锂电池作为能量存储光伏(PV)。超级电容器保证更长寿命的充电周期和大范围的操作温度,但能量密度低、成本高的缺点。锂电池具有更高的能量密度,但需要一个精确的电荷增加其一生,功能,无法轻易获得提供无线节点的脉动源光伏。添加一个控制器之间的太阳能板和电池来改善系统性能。Sepic转换器允许转换器的输出高于或低于其输入和允许non-inverted输出对输入状态。控制器通常是一个电源转换器和控制输入电压或电流的另一个转换器通常用作升压变换器的输出电压的低电压超级电容器。结合这两个存储可以获得良好的能量密度方面的妥协 |
| 答:原理框图 |
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| 图1显示了该系统的原理框图。结合两个SEPIC转换器用于超级电容器。这两个转换器可以用于加强和下台的操作根据供给和需求。电压和电流都感觉到在源和负载,ADC图控制器,所以它适合提供开关脉冲通过MOSFET开关SEPIC转换器 |
| b .线路图 |
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超级电容器 |
| 超级电容器是一种电化学元件,将电能储存到一个新的维度。超级电容器细胞能够填补电容器和电池之间的差距通过提供高功率性能。超级电容器的优势是能够在几秒内充电和放电没有损伤。超级电容器在严酷的环境下可靠地执行和维护自由。的官方命名一个超级电容器电双层电容器(EDLC)许多不同品牌如超级电容器、伪电容超电容器。。超级电容器细胞能够填补差距的力量是能够在几秒内充电和放电没有损伤。 |
| 答:工作原理 |
| 像普通电容器、超级电容器有两个板块分离介质。差异是板块与活性炭涂层。活性炭是一种多孔性物质,有一个巨大的表面积使存储更多的电能。之间的介质电容器是一种电解质的盘子。电解液是电液体活跃。在普通电容器电介质分离器使一个板上的正电荷和负电荷安全板分开。一个超级电容器电解液是由带电极化的盘子。 |
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| 积极的离子的电解质由负电荷吸引一个盘子;相反,消极的离子的正电荷其他板。这个运动的离子形成第二项指控,双层允许超级电容器存储更多的电能提供更高的动力性能。 |
| 他们的循环效率,这被定义为能量的输入能量的比值储能元件的输出,达到近100%。超级电容器的端电压是其状态的线性函数,给出的 |
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| 在能量存储在超级电容器中,等径角挤压法和C是电容。Ecap动态增加或减少充电或放电操作执行。Vcap也是如此的变化远高于一个普通电池的端电压,因此,超级电容器的充电效率变化与电池相比更重要。 |
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| MPPT是最大功率点跟踪器显示的点可以从太阳能电池最大功率。不同的研究就一直在寻找一个翻译算法MPPT [6]。翻译传统的MPPT仅仅发现操作点,导致最大Ppv不管充电器的效率。在图4中,这一点是b。实际上我们感兴趣Pcharge最大化,达到一个点在图4。这是因为点,尽管当前Ipv MPP的从当前所抵消,因为效率足够高,此时Pcharge大于Pcharge MPP,即。翻译,点b。因此,MPPT和最大效率跟踪的充电器应考虑在同一时间。因为效率是影响光伏模块电压和超级电容器电压,我们必须考虑到超级电容器的状态,当发现Pcharge最大化的最优操作点。 |
| B。内部电荷分布过程在第一次充电循环。 |
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| 超级电容器经历几个电荷分布过程不同的时间常数,即使在孤立和断开连接的状态。这很难识别过程,负责电压变化。只是短时间被起诉后,断开连接的超级电容器将表现出降低电压。这种减少主要是由于分支内电荷分布。Eform代表超级电容器的能量计算使用公式,通过测量其输出电压和 |
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| 虽然是通过测量获得的第一de-livered的能量发生器充电阶段,然后在卸货期间,测量能量传递给负载。能源静脉的总能量提供给超级电容器充电,而近似代表总能量由超级电容器放电。注意,超级电容器不像理想的存储设备作为静脉比近似。因此,我们可以定义超级电容器的循环效率 |
| 一个¡¼周期=外e /静脉。One hundred.(3) |
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| 一个重要的现象,占非理想的超级电容器是超级电容器电压的降低在延迟间隔。没有从超级电容器中提取能量,然而,电压降低。这主要是由于电荷分布过程,在短期内,更重要的是比泄漏。幸运的是,这种非理想行为变得不那么重要随着充电/放电的循环次数的增加,因此成为一个更可靠的估计量的储存能量误差低于10%。结果与周期的数量的增加,静脉和近似减少之间的区别。 |
| C。比较超级电容器和锂离子电池 |
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SEPIC转换器 |
| 单端primary-inductor转换器(sepic)是一种直流-直流转换器允许在其输出电势大于,小于或等于其输入;sepic的输出是由控制晶体管的工作周期。sepic类似于一个传统buck-boost转换器,但优势的non-inverted输出,输出电压极性相同的输入。Sepics是有用的应用程序中电池电压调节器可以上下的预期输出。 |
| 答:线路图 |
| 图8显示了一个简单的电路图的SEPIC转换器,组成的一个输入电容器,Cin输出电容器,Cout;耦合电感L1和L2, AC耦合电容器,Cs功率MOSFET, Q1和二极管D1。 |
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| B。工作原理 |
| 当第一季度能源从输入存储在L1和L2 Cs。Q1关闭时,L1现任继续流过Cs和D1和COUT和负载。两个COUT, Cs充电,这样他们就可以提供负载电流和电荷L2,分别当Q1。 |
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| 当Q1, L2的电压必须输出电压。自CIN带电VIN, Q1 Q1时的电压是VIN +输出电压,所以L1的电压输出电压。在Q1时,电容器Cs,指控VIN,连接在L2的同时,所以L2的电压是文。电流流经各电路元件图10所示。 |
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| 因为潜在的(电压)电容C1可能反方向每周期,应该使用无极电容。然而,极化或钽电解电容器可以在某些情况下使用,因为潜在的(电压)电容C1不会改变,除非开关关闭足够半个周期的谐振电感L2,和此时的电流电感L1可能相当大。 |
| 电容器CIN需要减少寄生电感的影响和内部阻力的电源。boost /巴克功能的SEPIC L2是可能的,因为电容C1和电感。电感L1和开关Q1创建一个标准提高转换器,产生电压(VS1)高于VIN,其大小是由开关S1的工作周期。 |
| 从平均电压C1 VIN,输出电压(VO) VS1——文。如果VS1小于双VIN,那么输出电压要小于输入电压。如果VS1大于双VIN,那么输出电压高于输入电压。把供应的演变可以看到通过耦合两个电感SEPIC转换器在一起,开始像飞回转炉,transformer-isolated smp的最基本的拓扑。 |
转换器的设计 |
| 答:电感器的选择 |
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| 所需的正向电流评级等于最大输出电流。IOUT (max) =最大输出电流必要应用肖特基二极管的额定电流峰值远高于平均评级。因此更高的峰值电流系统中不是一个问题。其他参数,必须检查是二极管的功率损耗。 |
| D。缓冲电路 |
| RC缓冲电路通常连接在开关装置限制dv / dt。一个简单的阻尼器使用一个小电阻(R)与一个小电容(C)系列。这种组合可以用来抑制电压mosfet的快速上升,防止错误的mosfet的刺激。它通过限制电压上升的速度(dV / dt)在mosfet的价值不会触发。让最小切换时间常数T = 1/20 KHz = 0.05毫秒 |
| 因此,RC应该满足这个时间常数。e RC = 0.05微秒。让C = 0.05超滤,然后R = 1公斤欧姆。 |
| E。可靠性和效率 |
| 二极管的电压降和开关时间D SEPIC的可靠性和效率至关重要。二极管的开关时间需要极快为了不产生高电压峰值电感,这可能导致损坏组件。较低的电感串联电阻允许更少的能量以热能的形式耗散,从而导致更大的效率。 |
使用MATLAB仿真结果提出系统 |
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结论 |
| 我们有综合超级电容器和锂离子电池,提高电池的使用寿命,减少它的大小。还通过引入SEPIC变换器系统我们可以控制在一个更好的方法。我们演示了使用MATLAB仿真模型。同时,通过开发这些类型的项目我们可以给直流负载和手机一样,笔记本电池立即停电期间。也可能在不久的将来我们可能开发站提供即时收费成本使用大型的太阳能电池阵列。 |
承认 |
| 我感谢S.A.工程学院为我们提供全力支持开展这个项目。我也谢谢INEL电力系统,钦奈提供技术帮助和支持,让我们在他们公司做这个项目。 |
引用 |
- Balasubramanian indurani,成员,ieeeganesansaravanailango chilakapatinagamani,会员,IEEE,“功率流控制策略管理在光伏系统提供直流负载”,交易工业电子、60卷,没有。8,2013年八月
- DarigaMeekhun VincentBoitier,让-玛丽•DilhacStephanePetibon,科琳阿隆索和布鲁诺Estibals“巴克转换器设计与超级电容器储能光伏发电机”,国际可再生能源会议和电能质量,(icrepq 11)拉斯帕尔马斯(西班牙),13日到4月15日,2010年
- 大卫。布鲁内利,clemensmoser收集太阳能的“设计电路batteryless嵌入式系统”。IEEE电路和系统:普通文件,卷。56岁的11路,2009年11月
- Hichamfakham,迪路brunofrancois,高级会员,IEEE“功率控制电池充电器的设计混合积极load-following应用光伏发电机”事务工业电子、卷。58岁的空间站。1,第94 - 85页,2011年1月,领带- 09 - 1370
- Teenajacob和阿伦电气和电子工程。“混合风力和光伏能源系统建模使用新的变换器拓扑”。国际期刊(EEEIJ)期,第二,2012年8月
- Younghyunkim naehyuckchangseoul国立大学,koreayanzhiwang“最大功率传输跟踪photovoltaic-supercapacitor系统”
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