用于混合储能系统的三半桥隔离式双向DCDC变换器的研究.pdf

第一章绪论 1．1课题背景和意义 当今世界，环境和能源问题成为世界各国关心的热点问题。随着环境污染 和能源危机的日益严重，世界各国采取了提高能源利用率、改善能源结构、探 索新能源、发展可再生能源等措施，以实现能源的可持续发展与和谐发展。我 国是能源消耗大国，随着中国经济的快速发展，能源需求也在快速增长。能源 供应不足的“瓶颈”问题出现，成为社会各界关注的焦点问题。快速发展可再 生能源发电，是缓解电能紧张的有效方法。2006年开始实施的国家“十一五规 划”，以及《可再生能源法》，把能源作为国家发展战略的重点，将可再生能源 发电提高到战略高度，并从国家立法的角度为其发展和应用提供支持和保障。 1．1．1 储能技术在可再生能源发电系统中的作用 可再生能源是指除常规化石能源和大中型水力发电、核裂变发电之外的太 阳能、风能、地热能以及氢能等能源。这些能源资源丰富、可以再生、清洁干 净，是最有前景的替代能源【1】。根据专家预测，到本世纪中叶，新能源与可再 生能源将在整个社会能源构成中占50％。近年来，随着可再生能源发电系统， 例如燃料电池、光伏(PV)发电、风力发电，在中国和世界范围内的迅速发展， 由于各种发电设备在工作过程中存在一定的缺陷，带来了一些难题和挑战，如 燃料电池的响应速度比较慢，输出功率不能及时地跟踪负荷的变化：而风力发 电和光伏发电要受到风速、风向、日照强度、环境温度等自然条件变化的影响 而不能持续地、稳定地输出电能，导致系统稳定性问题的增加。在系统中连接 和配置一定容量的储能装置，对可再生能源发电系统具有非常重要的作用。储 能装置能够起到能量和功率的支撑作用，及时补充系统的短时峰值功率，并回 收剩余功率，保证供电的连续性和可靠性，提高电能的利用效率，并且使发电 设备在输出功率或负荷功率波动较大时，仍然能够保持较好的稳定性【2J。 鉴于可再生能源发电系统的特点和储能的作用，对储能装置的性能特点具 有较为独特的要求。概括起来，包括，能量密度大，能够以较小的体积重量提 供较大的能量；功率密度大，能够提供系统功率突变时所需的补偿功率，具有 较快的响应速度；储能效率高；高低温性能好，能够适应一些特殊环境；以及 环境友好等。 1．1．2储能技术发展简介 目前可行的储能技术包括蓄电池储能、超级电容器储能、飞轮储能和超导 磁储能系统(SMES)。评价储能系统特性的两个重要性能指标是功率密度和能 量密度。不同储能元件的功率／胄邑量范围和其它特征的比较，参看表1．1【3J。 表1．1储能元件的特征比较 储能元件 蓄电池 超级电容器 飞轮 SMES 效率 70．90％ 90％ 90％ 95％ 300kW二1000MW 功率范围(W) 5kW二10MW5．100kW1kW-10MW 1．15MJ 1．500MJ 能量范围(J) 0．1．600MJ1kJ．10MJ 循环寿命(小时) 2，000 100，000 10，000 10，000 充电时间 数小时 数秒 数分钟 数分钟一数小时 成本($／l(W) lOO．200 500 300 700．1000 一、蓄电池储能及其特点 可再充电的电化学蓄电池是电力储能单元的最成熟的形式，现在仍被广泛 使用。蓄电池通过串联或并联来实现较高的输出电流或较大的电压。它是一个 要优点包括：能量特性好，能量密度高，循环效率高，使用寿命长，初始成本 低[41。由于电池内部存在电化学反应过程，反应产生的热量会造成电池容量衰 减，因此蓄电池不能长时间以高电流放电。此外，较快的深度充放电也会导致 蓄电池的过早失效。此外，环境污染也是制约蓄电池应用的一个重要问题。蓄 电池储能的典型用途之一是不间断电源系统(u