超级电容储能系统的状态识别与动态控制设计

控制与应用技术ｌＥＭＣＡ’耄札国爿整纠应闸２０１８，４５（５）超级电容储能系统的状态识别与动态控制设计水

宋朝锋１，张红娟１，靳宝全２，高妍１，任璐１

（１．太原理工大学电气与动力工程学院，山西太原０３００２４；

２．太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室，山西太原０３００２４）

摘要：根据变频器母线电流在电机运行于加载和制动时的不同特征，通过采集变频器母线电流实时监测电机运行状态，设计了双向ＤＣ／ＤＣ变换器模式切换与控制器通断控制电路，实时识别电机运行状态，实现对储能单元在线动态控制。通过搭建５５０Ｗ的储能系统试验平台，验证了所设计状态识别与控制电路的合理性。

关键词：制动能量；超级电容储能单元；电机运行状态监测；双向ＤＣ／ＤＣ变换器

中图分类号：ＴＭ３０１．２文献标志码：Ａ文章编号：１６７３—６５４０（２０１８）０５—００２０．０５ＳｔａｔｅＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｎｄＤｙｎａｍｉｃＣｏｎｔｒｏｌＤｅｓｉｇｎｏｆＳｕｐｅｒＣａｐａｃｉｔｉｖｅ

ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍ＋

ＳＯＮＧＣｈａｏｆｅｎ９１，ＺＨＡＮＧＨｏｎ巧ｕａｎｌ，。，，ⅣＢａｏｑｕａｎ２，ＧＡＯＹａｈｌ，ＲＥＮＬｕｌ

（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆ＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ；

２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＴｒａｎｓｄｕｃｅｒｓａｎｄＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎａｎｄＳｈａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅＤＣｂｕｓｃｕｒｒｅｎｔｏｆｔｈｅｉｎｖｅｒｔｅｒｗｈｅｎｔｈｅｍｏｔｏｒＷａＳｒｕｎｎｉｎｇｉｎｌｏａｄｉｎｇｏｒｂｒａｋｉｎｇ．ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｔａｔｅｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒｗａｓｍｏｎｉｔｏｒｅｄｉｎｒｅａｌｔｉｍｅｂｙｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅＤＣｂｕｓｃｕｒｒｅｎｔｏｆｔｈｅｉｎｖｅｒｔｅｒ，ａｎｄａｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒｍｏｄｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｏｎ—ｏｆｆｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅＯｎｌｉｎｅｄｙｎａｍｉｃｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｕｎｉｔ．Ａ５５０ＷｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｌａｔｆｏｒｍＷａｓｂｕｉｌｔａｎｄｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｓｔａｔｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｒａｋｉｎｇｅｎｅｒｇｙ；ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｕｎｉｔ；ｊｕｄｇｍｅｎｔｏｆｍｏｔｏｒｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｔａｔｕｓ；

ｂｉ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｎｅｒ

０引言

随着传统化石能源（如石油、煤炭、天然气等）的迅速消耗，我国面临着越来越严重的环境问题和能源危机，节能降耗成为各工矿企业面临的一个重要课题。在电力行业，电机耗电约占全国电力消费的６４％，其中工业耗电领域，电机能耗达７５％以上¨ｏ，而电机在工业运行中，通常需要频繁的起动和制动，因此存在大量的再生制动能量’２１。目前，工业中交流电机普遍应用能耗制动∞。４Ｊ，将电机制动时产生的电能经由电阻以热能的形式耗散掉，造成能量的巨大浪费。为实现电机制动时产生的能量可以二次利用，本文采用超级电容作为储能单元吸收其制动能量∞。７ｏ，并在电机起动或加载时再将释吸收的能量放出来以达到稳定电网电压、抑制电网谐波、节能环保的作用¨。９Ｊ。然而，整个系统要实现制动能量可靠的回收和再利用，必须实时在线监测电机运行的状态，准确判断出电机的加载和制动过程，从而合理控制超级电容充电与放电＿ｌ¨¨ｊ。

＋基金项目：国家自然科学基金项目（５１４０５３３０）；山西省科技重大专项项目（ＭＪ２０１６—０１）

作者简介：宋朝锋（１９９１一），男，硕士研究生，研究方向为电气节能技术。

张红娟（１９７４一），女，教授，研究方向为变频节能控制技术，新型电力电子技术及装置，电力变换技术及应用。

一２０—

万方数据