飞跨电容型三电平电路在超级电容能馈系统中的应用研究

doi:10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0073

储能科学与技术 ›› 2020, Vol. 9 ›› Issue (3): 935-941.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0073

飞跨电容型三电平电路在超级电容能馈系统中的应用研究

陈挺¹(), 崔文峰², 邓谊柏¹, 乔志军¹, 阮殿波^1,³()

^1.宁波中车新能源科技有限公司中车超级电容储能及节能技术研发中心，浙江宁波 315112
^2.宁波市江北九方和荣电气有限公司，浙江宁波 315211
^3.宁波大学机械工程与力学学院，浙江宁波 315212

收稿日期:2020-02-17 修回日期:2020-03-24 出版日期:2020-05-05 发布日期:2020-05-11
通讯作者: 阮殿波 E-mail:tchen@crrccap.com;dbruan@crrccap.com
作者简介:陈挺（1990—），男，助理工程师，研究方向为超级电容储能及节能技术，E-mail：tchen@crrccap.com；
基金资助:
宁波市科技创新2025重大专项(2019B10045);中国中车重点项目(2019CKB198)

Research on the application of flying capacitor three-level circuit in supercapacitor energy feedback system

CHEN Ting¹(), CUI Wenfeng², DENG Yibai¹, QIAO Zhijun¹, RUAN Dianbo^1,³()

^1.CRRC Supercapacitor Energy Storage and Conservation Technology R&D Center, Ningbo CRRC New Energy Technology Co. Ltd, Ningbo 315112, Zhejiang, China
^2.Ningbo Jiangbei Gofront Herong Electric Co. Ltd, Ningbo 315211, Zhejiang, China
^3.Faculty of Mechanical Engineering & Mechanics, Ningbo University, Ningbo 315212, Zhejiang, China

Received:2020-02-17 Revised:2020-03-24 Online:2020-05-05 Published:2020-05-11
Contact: Dianbo RUAN E-mail:tchen@crrccap.com;dbruan@crrccap.com

摘要/Abstract

摘要：

超级电容能馈系统是储能式回馈系统的重要发展方向，然而超级电容器较高的器件成本限制了其推广应用。为了降低超级电容储能系统成本，本工作从拓宽超级电容工作电压范围、提升能量利用率的角度出发，论述了超级电容能馈系统中传统双向DC/DC方案存在的不足，通过对三电平电路的对比研究，提出了一种适用于超级电容能馈系统的飞跨电容型三电平电路结构，并详细分析了该电路的工作模态及其PWM控制方法，最后通过PSIM软件仿真验证了理论分析的正确性。相比于传统两电平DC/DC方案，本文提出的三电平电路结构将超级电容的工作电压范围拓宽了1倍，提高了系统能量利用率。同时，该电路可以提高系统耐压、降低输出谐波及拓扑损耗，在制动能量/势能回馈这种大功率充放电场合具有广泛的应用前景。

关键词: 超级电容器, 三电平, 能馈系统

Abstract:

Supercapacitor energy feedback system is an important development direction of energy storage & feedback system. However, the high cost of supercapacitor limits its application. In order to reduce the cost of the supercapacitor energy storage system, this paper discusses the shortcomings of the traditional bi-directional DC/DC scheme in the supercapacitor energy feedback system from the perspective of broadening the working voltage range of the supercapacitor and improving the energy utilization ratio. Through the comparative study of the three-level circuit, a flying capacitor three-level circuit structure is proposed, which is suitable for the supercapacitor energy feedback system. A PWM control method is proposed for the circuit and the operating modes of the circuit is analyzed in detail. Finally, the correctness of the theoretical analysis is verified by PSIM software simulation. Compared with the traditional two-level DC/DC scheme, the three-level circuit structure proposed in this paper widens the working voltage range of the supercapacitor by 100%, and improves the energy utilization rate of the system. At the same time, the circuit can improve the system withstand voltage, reduce the output harmonic and topology loss, and has a wide application prospect in the high-power charging and discharging occasions such as braking energy & potential energy feedback.

Key words: supercapacitor, three-level circuit, energy feedback system

中图分类号:

TM 910.6

陈挺, 崔文峰, 邓谊柏, 乔志军, 阮殿波. 飞跨电容型三电平电路在超级电容能馈系统中的应用研究[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(3): 935-941.

CHEN Ting, CUI Wenfeng, DENG Yibai, QIAO Zhijun, RUAN Dianbo. Research on the application of flying capacitor three-level circuit in supercapacitor energy feedback system[J]. Energy Storage Science and Technology, 2020, 9(3): 935-941.

图/表 14

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参考文献 12

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参数	取值
直流母线放电电压阈值/V	700
直流母线吸电电压阈值/V	800
超级电容容量/F	12.5
超级电容额定电压/V	600
超级电容工作电压范围/V	150～600
低压模式的超级电容电压/V	200
高压模式的超级电容电压/V	450
超级电容额定电流/A	200
输出滤波电感L₁/mH	0.5
直流母线电容C₁/μF	3000
飞跨电容C_pv/μF	1000
功率开关工作频率/Hz	2000

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Research on the application of flying capacitor three-level circuit in supercapacitor energy feedback system

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