超级电容器在功率变换系统中的应用、分析与设计 从理论到实际PDF电子书下载

第1章 储能技术及装置 1

1.1简介 1

1.1.1能量 1

1.1.2电能及其在日常生活中的作用 1

1.1.3储能 2

1.2直接式电能存储装置 3

1.2.1电力电容器作为储能装置 3

1.2.2电抗器储能 7

1.3间接储能技术及装置 9

1.3.1机械储能 10

1.3.2化学储能 13

1.4电力储能技术比较 16

参考文献 18

第2章 超级电容器储能装置 19

2.1超级电容器背景知识 19

2.1.1超级电容器技术概述 19

2.2 EDLC 20

2.2.1 EDLC发展简史 20

2.2.2超级电容器的结构 21

2.2.3超级电容器的物理模型 21

2.3超级电容器的宏观（电路）模型 23

2.3.1完整理论模型 23

2.3.2简化模型 32

2.3.3仿真/控制模型 34

2.3.4习题 35

2.4超级电容器的能量和功率 36

2.4.1超级电容器的能量和能量密度 36

2.4.2超级电容器的储能效率 37

2.4.3超级电容器的功率密度 38

2.4.4电极碳负荷限制 38

2.4.5习题 39

2.5超级电容器的充/放电方法 40

2.5.1恒电阻负载 41

2.5.2恒流充电和负载 41

2.5.3恒功率充电和负载 44

2.5.4习题 49

2.6频率相关损耗 50

2.6.1周期性电流 51

2.6.2非周期性电流 55

2.7超级电容器的热特性 56

2.7.1发热 56

2.7.2热模型 57

2.7.3温升 58

2.7.4习题 59

2.8超级电容器大功率模块 62

2.9超级电容器的发展趋势与未来 64

2.9.1未来超级电容器的要求 64

2.9.2技术发展方向 64

2.10小结 65

参考文献 66

第3章 功率变换与储能应用 68

3.1静态功率变流器基本原理 68

3.1.1开关变流器 68

3.1.2功率变流器的分类 69

3.1.3电压源型变流器示例 70

3.1.4间接静态AC-AC变流器 71

3.2具有储能功能的变流器 73

3.2.1问题提出 73

3.2.2解决方案 75

3.2.3储能类型的合理选择 75

3.2.4电化学电池与超级电容器对比 76

3.3受控电力驱动应用 80

3.3.1受控电力驱动控制的发展 81

3.3.2受控电力驱动的应用 82

3.3.3应用问题的提出 84

3.3.4解决方案 85

3.4可再生能源发电应用 91

3.4.1可再生能源 91

3.4.2问题提出 95

3.4.3虚拟惯量和可再生能源“发电机” 97

3.4.4解决方案 98

3.5自备发电机及其应用 100

3.5.1应用 100

3.5.2问题提出 103

3.5.3解决方案 105

3.6输配电应用 107

3.6.1 STATCOM应用 107

3.6.2问题提出 108

3.6.3解决方案 111

3.7 UPS应用 113

3.7.1 UPS系统应用 113

3.7.2具有超级电容器储能的UPS 114

3.8电力牵引应用 118

3.8.1轨道车辆 118

3.8.2道路车辆 121

3.8.3一般牵引系统 125

3.9小结 128

参考文献 130

第4章 超级电容器模块选择及设计 132

4.1简介 132

4.1.1分析和设计目标 133

4.1.2主要设计步骤 133

4.1.3超级电容器模型 133

4.2模块额定电压和电压等级的选择 134

4.2.1内电压和终端电压之间的关系 135

4.2.2最大工作电压 136

4.2.3最小工作电压 137

4.2.4超级电容器中间电压 138

4.2.5超级电容器额定电压 142

4.2.6习题 143

4.3选择电容 145

4.3.1电能存储/释放能力 145

4.3.2变换效率 146

4.3.3寿命对电容选择的影响 151

4.3.4习题 152

4.4超级电容器模块设计 153

4.4.1单体串/并联设计 153

4.4.2电流应力和损耗 156

4.4.3串联电压均衡 158

4.4.4习题 165

4.5模块的热管理 168

4.5.1模型定义 169

4.5.2模型参数的确定 171

4.5.3模型参数——实验确定 171

4.5.4设计冷却系统 173

4.5.5习题 175

4.6超级电容器模块测试 185

4.6.1电容和内阻 185

4.6.2漏电流和自放电 189

4.7小结 190

参考文献 191

第5章 接口DC-DC变流器 193

5.1简介 193

5.2接口DC-DC变流器及其分类 194

5.2.1电压源和电流源DC-DC变流器 195

5.2.2全功率和部分功率接口DC-DC变流器 197

5.2.3隔离和非隔离式DC-DC变流器 197

5.2.4两电平和多电平接口DC-DC变流器 198

5.2.5单相和多相交错式接口DC-DC变流器 198

5.3常用接口DC-DC变流器 200

5.3.1两电平DC-DC变流器 200

5.3.2三电平DC-DC变流器 201

5.3.3 Boost-Buck和Buck-Boost DC-DC变流器 201

5.3.4隔离式DC-DC变流器 203

5.3.5应用总结 205

5.4超级电容器的电压和电流定义 206

5.5多相交错式DC-DC变流器 207

5.5.1交错式DC-DC变流器的背景知识 207

5.5.2两相交错式DC-DC变流器分析 209

5.5.3 N相交错式变流器一般情况分析 214

5.6两电平N相交错式DC-DC变流器设计 229

5.6.1 ICT设计：两相交错式示例 229

5.6.2滤波电抗器设计 234

5.6.3直流母线电容器选择 240

5.6.4输出滤波电容器选择 246

5.6.5功率半导体器件选择 249

5.6.6习题 256

5.7变流器功率损耗：一般性分析 264

5.7.1损耗的来源 264

5.7.2导通损耗 266

5.7.3开通损耗和关断损耗 266

5.7.4阻断损耗 267

5.7.5滑动平均值和有效值定义 267

5.8变流器热管理：一般性分析 268

5.8.1变流器热管理的重要性 268

5.8.2功率半导体器件的热模型 268

5.8.3电磁装置的热模型 273

5.8.4电解电容器的热模型 276

5.9小结 279

参考文献 280