蓄电池与超级电容双向Buck-Boost变换器仿真研究
蓄电池与超级电容双向Buck-Boost变换器仿真研究
摘要
随着可再生能源发电和电动汽车技术的快速发展，单一储能器件已难以满足复杂工况下对能量密度和功率密度的双重需求。蓄电池能量密度高但功率密度低、响应慢，超级电容功率密度高但能量密度低。二者通过双向Buck-Boost变换器组成的混合储能系统（Hybrid Energy Storage System, HESS），能够实现优势互补，同时满足系统对高能量密度和高功率密度的要求。
本文以蓄电池和超级电容组成的混合储能系统为研究对象，围绕双向Buck-Boost变换器展开系统的理论研究与仿真分析。首先阐述了混合储能系统的研究背景与意义，分析了蓄电池与超级电容各自的特性差异及互补优势；其次详细介绍了双向Buck-Boost变换器的拓扑结构和工作原理，分别推导了Buck模式和Boost模式下的电压增益关系；然后建立了蓄电池和超级电容的等效电路模型，为后续仿真提供了基础；接着设计了电压外环电流内环的双闭环控制系统，给出了基于小信号模型的控制器参数整定方法；在此基础上，利用MATLAB/Simulink平台搭建了完整的仿真模型，提供了详细的建模步骤和核心代码实现；最后通过不同工况下的仿真实验，验证了所设计系统的有效性和控制策略的优越性。仿真结果表明，该系统能够在负载突变和充放电模式切换时保持直流母线电压稳定，实现蓄电池与超级电容的合理功率分配，超级电容有效响应高频功率波动而蓄电池承担低频基荷，显著延长了蓄电池的使用寿命。
关键词：混合储能系统；双向Buck-Boost变换器；蓄电池；超级电容；双闭环控制；MATLAB/Simulink仿真