畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）超級(jí)電容器儲(chǔ)能控制系統(tǒng)的研究

1、超級(jí)電容器儲(chǔ)能控制系統(tǒng)的研究超級(jí)電容器儲(chǔ)能控制系統(tǒng)的研究 摘摘 要要 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人民生活水平的不斷提高，無(wú)論是工業(yè)、農(nóng)業(yè)， 還是商業(yè)，以及人民的日常生活都對(duì)電能質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求。于是，各種各樣 的電網(wǎng)補(bǔ)償元件出現(xiàn)在實(shí)際生產(chǎn)中。由于具有良好的性能，儲(chǔ)能元件越來(lái)越受到人們的 關(guān)注。 本文中對(duì)超級(jí)電容器的儲(chǔ)能控制技術(shù)系統(tǒng)了研究。超級(jí)電容器是一種新型的儲(chǔ)能元 件，具有儲(chǔ)電能力強(qiáng)，功率密度高的優(yōu)點(diǎn)，可以快速充放電，而且壽命長(zhǎng)，充電反復(fù)次 數(shù)高，是高效實(shí)用的儲(chǔ)能元件。文中首先對(duì)超級(jí)電容器出現(xiàn)的背景進(jìn)行了說(shuō)明，并且介 紹了超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)和原理，并對(duì)簡(jiǎn)單的儲(chǔ)能控制技術(shù)進(jìn)行研究。

2、然后，本文在上文 理論基礎(chǔ)上建立了簡(jiǎn)單的超級(jí)電容器儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，研究設(shè)計(jì)了其中各個(gè)模塊的構(gòu)成和 作用。最后，利用 matlab 對(duì)該系統(tǒng)的作用進(jìn)行仿真，得出結(jié)論。結(jié)果表明：超級(jí)電容器 儲(chǔ)能控制系統(tǒng)能夠很好的提高和改善電網(wǎng)電能質(zhì)量。 關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量； 超級(jí)電容器； 儲(chǔ)能控制系統(tǒng)； 仿真 目目 錄錄 1 緒論 . 1.1 問(wèn)題的提出. 1.2 電壓質(zhì)量及其重要性. 1.2.1 電壓干擾的方面. 1.2.2 電壓質(zhì)量問(wèn)題的重要性. 1.3 引起電壓干擾的原因與解決辦法. 1.3.1 引起電壓干擾的原因. 1.3.2 解決電壓質(zhì)量波動(dòng)的措施. 1.4 儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀. 1.5 本章小結(jié). 2 超

3、級(jí)電容器簡(jiǎn)介 . 2.1 超級(jí)電容器的產(chǎn)生背景. 2.2 超級(jí)電容器的原理及分類(lèi). 2.3 超級(jí)電容器的特點(diǎn). 2.4 超級(jí)電容器的應(yīng)用. 2.5 本章小結(jié). 3 超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制技術(shù) . 3.1 超級(jí)電容器的等效電路模型. 3.2 超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)基本理論. 3.3 超級(jí)電容器儲(chǔ)能控制系統(tǒng)主電路. 3.4 整流單元的選擇. 3.5 逆變器的選擇與控制. 3.5.1 逆變器的選擇. 3.5.2 逆變器的控制方法. 3.6 dsp 控制系統(tǒng) . 3.7 abc-dq0 坐標(biāo)變換 . 3.8 本章小結(jié). 4 spwm 控制技術(shù). 4.1 pwm 控制技術(shù) . 4.2 spwm 調(diào)制方

4、法 . 4.3 采樣型 spwm 法. 4.3.1 自然采樣法. 4.3.2 規(guī)則采樣法. 4.4 spwm 波形的實(shí)現(xiàn) . 4.4.1 模擬調(diào)制方法. 4.4.2 spwm 芯片控制. 4.5 本章小結(jié). 5 超級(jí)電容控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 5.1 超級(jí)電容器控制系統(tǒng)的主電路構(gòu)成. 5.2 功率主電路的設(shè)計(jì). 5.3 dsp 控制電路和抗干擾設(shè)計(jì) . 5.3.1 dsp 控制電路的設(shè)計(jì)理論 . 5.3.2 tms320c5410 芯片的基本介紹 . 5.3.3 dsp 控制電路設(shè)計(jì) . 5.3.4 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) . 5.3.5 dsp 控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì) . 5.4 pi 控制器設(shè)計(jì) . 5.

5、4.1 pi 控制器原理 . 5.4.2 pi 調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定 . 5.5 本章小結(jié). 6 超級(jí)電容器控制系統(tǒng)仿真 . 6.1 仿真模型的建立. 6.1.1 濾波器的設(shè)計(jì). 6.1.2 pi 控制器設(shè)計(jì) . 6.2 仿真數(shù)據(jù). 6.3 結(jié)果分析. 6.4 本章小結(jié). 7 結(jié)論 . 1 1 緒論緒論 1.11.1 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，社會(huì)和人民生活對(duì)電力 需求越來(lái)越大，這極大地促進(jìn)了電力事業(yè)的發(fā)展，使電網(wǎng)不斷擴(kuò)大，與此同時(shí)，用戶(hù)對(duì) 供電質(zhì)量和供電可靠性的要求越來(lái)越高，甚至連電源的瞬時(shí)中斷也不能接受，任何微小 的電力問(wèn)題都會(huì)對(duì)社會(huì)造成無(wú)法估計(jì)

6、的損失。與此同時(shí)，信息產(chǎn)業(yè)和新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的飛速 發(fā)展以及傳統(tǒng)行業(yè)采用計(jì)算機(jī)管理及新的控制技術(shù)的應(yīng)用，使得電網(wǎng)中對(duì)電能質(zhì)量敏感 的負(fù)荷所占比重越來(lái)越大，這就意味著信息社會(huì)不僅依賴(lài)于電力供應(yīng)，而且更需要新的 特殊性的電力供應(yīng)。 電能作為商品，電能質(zhì)量自然就成為其重要的特征參數(shù)，成為電力市場(chǎng)中的一個(gè)重 要元素。ieee 給出電能質(zhì)量問(wèn)題的一般解釋為：在供電過(guò)程中導(dǎo)致電氣設(shè)備出現(xiàn)誤操作 或故障損壞的任何異?，F(xiàn)象。電能質(zhì)量包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量， 涉及到電壓、頻率、波形和三相平衡等方面的用電可靠性、連續(xù)性、可操作性等方面。 針對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題，各國(guó)都在開(kāi)展改善電能質(zhì)量這方面的研究。美國(guó)電

7、力科學(xué)研究 院的 n.h.hingorani 博士于 1988 年率先提出了“用戶(hù)電力” （custom power）的概念，在 配電網(wǎng)中，利用“用戶(hù)電力”技術(shù)將配電系統(tǒng)改造成無(wú)瞬間停電、無(wú)電壓閃變、無(wú)不對(duì) 稱(chēng)現(xiàn)象和無(wú)諧波的實(shí)時(shí)控制的柔性化配電網(wǎng)，即利用各種電力電子控制器來(lái)提高配電網(wǎng) 供電可靠性及電能質(zhì)量。為了這一目標(biāo)，美國(guó)西屋電氣公司、德國(guó)西門(mén)子公司、日本三 菱電氣公司、瑞典 abb 公司等各大電力設(shè)備制造廠(chǎng)都制造出相應(yīng)的產(chǎn)品。在美國(guó)、歐洲 以及東南亞的新加坡，已經(jīng)有多種類(lèi)型的裝置投入了實(shí)際運(yùn)行。與此相較，我國(guó)在這一 方面還處于起步階段，部分院校與研究機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行著一些有益的嘗試，并取得了一

8、定 的成果。 配電電能質(zhì)量分析與控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣可使電力用戶(hù)提高工作效率和 產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本；對(duì)供電企業(yè)來(lái)講，可減少在將來(lái)電力市場(chǎng)條件下的停電補(bǔ)償， 電力按質(zhì)論價(jià)，增加售電收益，樹(shù)立為用戶(hù)的良好服務(wù)形象。該項(xiàng)目的研究不僅具有理 論意義，而且具有重要的實(shí)用價(jià)值。 1.21.2 電壓質(zhì)量及其重要性電壓質(zhì)量及其重要性 隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們已經(jīng)離不開(kāi)電了。人們無(wú)時(shí)無(wú)刻不再消耗的電 能，電燈、電風(fēng)扇、電腦、洗衣機(jī)等越來(lái)越多的電氣設(shè)備進(jìn)入人們生活的每個(gè)角落。于 是越來(lái)越多，越來(lái)越大的發(fā)電廠(chǎng)被人們建造，為了能量的節(jié)約與合理利用，大面積的公 用電網(wǎng)被建立了起來(lái)。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)

9、應(yīng)該是以恒定的頻率、正弦波形和標(biāo)準(zhǔn)電壓 對(duì)用戶(hù)供電。同時(shí)在三相交流系統(tǒng)中，各相電壓和電流的幅值應(yīng)大小相等、相位對(duì)稱(chēng)且 互差。但由于系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器和線(xiàn)路等設(shè)備非線(xiàn)性或不對(duì)稱(chēng)，負(fù)荷性質(zhì)多 120 變，加之調(diào)控手段不完善及運(yùn)行操作、外來(lái)干擾和各種故障等原因，這種理想的狀態(tài)并 不存在，因此產(chǎn)生了電網(wǎng)運(yùn)行、用電設(shè)備和供用電環(huán)節(jié)中的各種問(wèn)題，也就產(chǎn)生了電網(wǎng) 質(zhì)量的概念。 電能質(zhì)量是指通過(guò)公用電網(wǎng)供給用戶(hù)端的交流電能的品質(zhì)。而電能質(zhì)量又包括電壓 質(zhì)量（voltage quality） 、電流質(zhì)量(current quality)、供電質(zhì)量(quality of supply)、 用電質(zhì)量(quali

10、ty of consumption)這四個(gè)基本方面。 如果供電系統(tǒng)中有非線(xiàn)性元件和負(fù)荷，即使供電電壓為正弦波形，其電流波形也將 偏離正弦波形發(fā)生畸變，非正弦波形的電流在供電系統(tǒng)中傳遞，由于沿途電壓降使各供 電點(diǎn)的電壓波形將受其影響而產(chǎn)生不同程度的畸變。所以，電流質(zhì)量問(wèn)題引起的后果會(huì) 在電壓質(zhì)量問(wèn)題上體現(xiàn)出來(lái)，由于電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備是按額定電壓和額定頻率設(shè)計(jì)、 制造的。在額定電壓和額定頻率下運(yùn)行時(shí)，電氣設(shè)備的運(yùn)行性能最優(yōu)、效率最高；反之， 電氣設(shè)備的運(yùn)行性能會(huì)減弱，效率下降，嚴(yán)重時(shí)可能使設(shè)備無(wú)法正常工作，甚至導(dǎo)致設(shè) 備絕緣損壞、燒毀或爆炸等。 于是可以說(shuō)，電壓質(zhì)量是決定電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。

11、影響電網(wǎng)質(zhì)量波動(dòng)的電壓 干擾，主要包括電壓偏移、三相不平衡、電壓波動(dòng)與閃變、電壓的諧波分量、電壓跌落 和瞬時(shí)斷電等幾個(gè)情況。 1.2.11.2.1 電壓干擾的方面電壓干擾的方面 從電力系統(tǒng)和電力用戶(hù)共同關(guān)心的問(wèn)題來(lái)看，電能質(zhì)量可以歸結(jié)為：電能質(zhì)量=供電 質(zhì)量=電壓質(zhì)量+供電可靠性。其中，供電可靠性包括系統(tǒng)的容量和安全性，而對(duì)于電壓 質(zhì)量問(wèn)題則主要包括：電壓偏移、電壓跌落和瞬時(shí)斷電、電壓三相不平衡、電壓波動(dòng)與 閃變、電壓的諧波分量等。 1.2.1.11.2.1.1 電壓偏移電壓偏移 電壓偏移是指電力系統(tǒng)中某一運(yùn)行點(diǎn)的實(shí)際電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓不符的情況，該運(yùn) 行點(diǎn)的電壓偏差是衡量供電系統(tǒng)正常運(yùn)行與否

12、的一項(xiàng)主要指標(biāo)。供電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)， 某一節(jié)點(diǎn)的實(shí)際電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓之差對(duì)系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓的百分比稱(chēng)為該節(jié)點(diǎn)的電壓偏 差。 其數(shù)學(xué)表達(dá)式如式(1-1)所示： (1-1) %100 n nre u uu u 式中：-電壓偏差；u -實(shí)際電壓； e ur -系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓。 n u 電力系統(tǒng)中的負(fù)荷以及發(fā)電機(jī)組的出力隨時(shí)發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)隨著運(yùn)行方式的改 變而改變，系統(tǒng)故障等因素都將引起電力系統(tǒng)功率的不平衡。系統(tǒng)無(wú)功功率的不平衡是 引起系統(tǒng)電壓偏移的主要原因。輸電線(xiàn)路過(guò)長(zhǎng)，輸送容量過(guò)大，導(dǎo)線(xiàn)參數(shù)不匹配等輸電 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不合理也能導(dǎo)致電壓偏移。電壓偏移時(shí)，用電設(shè)備運(yùn)行性能惡化，運(yùn)行效率 降低，可能由于過(guò)

13、電壓而損壞設(shè)備。輸電線(xiàn)路的輸送功率受功率穩(wěn)定極限的限制，當(dāng)系 統(tǒng)運(yùn)行電壓偏低時(shí)，輸電線(xiàn)路功率極限會(huì)大幅度降低，可能產(chǎn)生系統(tǒng)的不穩(wěn)定現(xiàn)象，甚 至導(dǎo)致電力系統(tǒng)崩潰，造成系統(tǒng)的解列。當(dāng)系統(tǒng)電壓偏低時(shí)，電網(wǎng)的有功功率損耗、無(wú) 功功率損耗以及電壓損失都將增加；系統(tǒng)電壓偏高，電網(wǎng)的電暈損耗也將增大，這些都 會(huì)使供電成本增加。 1.2.1.21.2.1.2 電壓跌落和瞬時(shí)斷電電壓跌落和瞬時(shí)斷電 電壓跌落是指供電電壓的均方根值在短時(shí)間內(nèi)突然下降的情況。電壓跌落的幅值、 持續(xù)時(shí)間和相位跳變是標(biāo)稱(chēng)電壓跌落的最重要的三個(gè)特征量。電壓跌落的幅值是指跌落 時(shí)的電壓的均方根值與額定電壓的均方根值的比值；從電壓跌落發(fā)生到結(jié)

14、束之間的時(shí)間 為持續(xù)時(shí)間；電壓跌落時(shí)還往往伴隨著電壓相位的突然改變，稱(chēng)為相位跳變。當(dāng)電壓均 方根值降低到接近于零時(shí)，稱(chēng)為電壓中斷。根據(jù)中斷持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短，電壓中斷又可以 分為長(zhǎng)時(shí)間中斷和短時(shí)間中斷。對(duì)長(zhǎng)短時(shí)間中斷的持續(xù)時(shí)間，其定義還未統(tǒng)一，一般將 23 分鐘以?xún)?nèi)的中斷定義為短時(shí)間中斷，3 分鐘以上的為長(zhǎng)時(shí)間中斷。短時(shí)間中斷又稱(chēng)為 瞬間斷電，它可以引起燈光熄滅、顯示屏幕空白，甚至破壞正常的生產(chǎn)過(guò)程，使計(jì)算機(jī) 信息丟失，控制系統(tǒng)失靈。瞬間斷電往往給用戶(hù)帶來(lái)不便甚至是嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，產(chǎn)生 不良的社會(huì)影響。 當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障、感應(yīng)電機(jī)啟動(dòng)、雷擊、開(kāi)關(guān)操作、變壓器及電容器組 的投切時(shí)，均有可能導(dǎo)

15、致電壓跌落。其中，短路故障、感應(yīng)電機(jī)啟動(dòng)和雷擊又是電壓跌 落的主要誘因。電力系統(tǒng)中的永久性故障可以被斷路器清除，但這也就導(dǎo)致了該線(xiàn)路上 的長(zhǎng)時(shí)間供電中斷的故障，當(dāng)保護(hù)動(dòng)作可以短時(shí)間內(nèi)重新供電時(shí)，這種故障就轉(zhuǎn)化為短 時(shí)間中斷。 1.2.1.31.2.1.3 電壓三相不平衡電壓三相不平衡 電力系統(tǒng)電壓三相不平衡可以分為事故性不平衡和正常性不平衡兩類(lèi)。電壓事故性 不平衡是由系統(tǒng)中各種非對(duì)稱(chēng)性故障引起，比如單相接地短路、兩相接地短路或兩相相 間短路等。正常性不平衡是電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行情況下，由供電環(huán)節(jié)的不平衡或用電環(huán) 節(jié)的不平衡引起的。供電環(huán)節(jié)一般涉及到發(fā)電機(jī)、變壓器和線(xiàn)路，其中供電線(xiàn)路的不平 衡是引

16、起電壓不平衡的主要因素；用電環(huán)節(jié)的三相負(fù)荷不對(duì)稱(chēng)是引起系統(tǒng)電壓不平衡的 主要因素。 系統(tǒng)電壓的三相不平衡會(huì)對(duì)電氣設(shè)備產(chǎn)生不良影響。負(fù)序電壓會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生制動(dòng) 轉(zhuǎn)矩，引起電動(dòng)機(jī)振動(dòng)，同時(shí)增加電動(dòng)機(jī)的銅耗，使得電動(dòng)機(jī)的效率降低；由于電壓的 三相不平衡，換流器會(huì)產(chǎn)生較大的諧波，這就會(huì)對(duì)換流器的諧波治理提出更高的要求； 電壓三相不平衡系統(tǒng)的負(fù)序分量過(guò)大，可能導(dǎo)致一些相關(guān)的保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，威 脅到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行；電壓三相不平衡還會(huì)增加線(xiàn)路上的附加損耗，降低電力系統(tǒng) 運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。 1.2.1.41.2.1.4 電壓波動(dòng)與閃變電壓波動(dòng)與閃變 電壓波動(dòng)是電壓的均方根值一系列的相對(duì)快速變動(dòng)或連續(xù)改變

17、的現(xiàn)象，其變化周期 大于工頻周期。在配電系統(tǒng)運(yùn)行中，這種電壓波動(dòng)現(xiàn)象有可能多次出現(xiàn)，變化過(guò)程可能 是規(guī)則的、不規(guī)則的，或是隨機(jī)的。引起電壓波動(dòng)的原因是多種多樣的：配電系統(tǒng)的短 路故障或開(kāi)關(guān)操作，無(wú)功功率補(bǔ)償裝置或大型整流設(shè)備的投切，功率沖擊性波動(dòng)負(fù)荷都 可能導(dǎo)致電壓波動(dòng)，其中以波動(dòng)性負(fù)荷為電壓波動(dòng)的主要誘因。 電壓波動(dòng)會(huì)引起部分電氣設(shè)備不能正常工作，但由于實(shí)際情況中電壓波動(dòng)值往往小 于電氣設(shè)備的電壓敏感值，所以它很少造成電氣設(shè)備的損壞。但在辦公、商用和民用設(shè) 備的照明電光源中，白熾燈占很大比例，而白熾燈的電功率與電源電壓的平方成正比， 受電壓波動(dòng)的影響較大。因此，研究電壓波動(dòng)的影響時(shí)，通常選白

18、熾燈光照設(shè)備受影響 的程度作為判斷電壓波動(dòng)是否可以接受的依據(jù)。電光源的電壓波動(dòng)造成燈光照度不穩(wěn)定 引起人眼的視覺(jué)反應(yīng)稱(chēng)為閃變。 1.2.1.51.2.1.5 電壓的諧波分量電壓的諧波分量 諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。諧波一般是在 穩(wěn)態(tài)情況下出現(xiàn)的，產(chǎn)生諧波的畸變波形是連續(xù)的或至少持續(xù)幾秒種，但有的暫態(tài)動(dòng)作 引起的波形畸變也可能持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，這種情況下就可能會(huì)導(dǎo)致諧波的出現(xiàn)。20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，電力電子學(xué)已經(jīng)逐漸成為一門(mén)新興的科學(xué)，與之對(duì)應(yīng)的現(xiàn)代電力電子技術(shù) 也得到了迅速的發(fā)展。電力電子裝置在實(shí)現(xiàn)功率控制和處理的同時(shí)，都將不可避免地產(chǎn) 生非正弦波形，向電

19、力系統(tǒng)注入諧波電流，使得公共連接點(diǎn)的電壓波形產(chǎn)生畸變，從而 影響電能質(zhì)量。 諧波的污染與危害主要表現(xiàn)在對(duì)電力和信號(hào)的干擾影響方面。在電力危害方面，諧 波會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)電機(jī)等的附加損耗增加，縮短使用壽命；會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，造成電氣元件及 設(shè)備的故障與損壞；會(huì)造成電能計(jì)量的錯(cuò)誤。在信號(hào)干擾方面，諧波會(huì)對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生 電磁干擾，使電信質(zhì)量下降；會(huì)使自動(dòng)控制和保護(hù)裝置不正確動(dòng)作；會(huì)危害功率處理器 的正常運(yùn)行。 1.2.21.2.2 電壓質(zhì)量問(wèn)題的重要性電壓質(zhì)量問(wèn)題的重要性 總的來(lái)說(shuō)，電能質(zhì)量關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的總體效益，是國(guó)家發(fā)展和人民生活進(jìn)步的基 本條件與保障。 在近五到十年，隨著高新技術(shù)尤其是信息技術(shù)的飛速發(fā)

20、展，基于計(jì)算機(jī)，微處理器 控制的用電設(shè)備和電力電子設(shè)備在系統(tǒng)中的大量使用，他們對(duì)系統(tǒng)干擾比機(jī)電設(shè)備更敏 感，因此對(duì)電壓質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。一旦出現(xiàn)電壓質(zhì)量問(wèn)題，輕則造成設(shè)備故障,重 則造成整個(gè)系統(tǒng)的損壞，由此帶來(lái)的損失是難以估量的。據(jù)報(bào)道，1995 年美國(guó)工業(yè)由于 電源電壓質(zhì)量問(wèn)題造成的損失超過(guò) 200 億美元。在電壓質(zhì)量問(wèn)題中尤其要注意的是電壓 跌落和瞬時(shí)斷電兩種干擾，而且因電壓跌落而引起的事故次數(shù)大約是因完全供電中斷而 引起的事故次數(shù)的 10 倍。專(zhuān)家們認(rèn)為，電壓跌落與瞬時(shí)斷電已上升為最重要的電能質(zhì)量 問(wèn)題之一，應(yīng)引起足夠的重視。 1.31.3 引起電壓干擾的原因與解決辦法引起電壓干擾的

21、原因與解決辦法 引起電壓干擾的原因多種多樣，但總體來(lái)說(shuō)可以分為如下幾種類(lèi)型： 表 1.1 引起電壓干擾的原因 類(lèi)型擾動(dòng)性質(zhì)特征指標(biāo)產(chǎn)生原因后果解決方法 諧波穩(wěn)態(tài) 諧波頻譜電 壓、電流波 形 非線(xiàn)性負(fù) 載、固態(tài)開(kāi) 關(guān)負(fù)載 設(shè)備過(guò)熱、 繼電保護(hù)誤 動(dòng)、設(shè)備絕 緣破壞 有源、無(wú)源 濾波 三相不對(duì)稱(chēng)穩(wěn)態(tài)不平衡因子不對(duì)稱(chēng)負(fù)載 設(shè)備過(guò)熱、 繼電保護(hù)誤 動(dòng)、通信干 擾 靜止無(wú)功補(bǔ) 償 陷波穩(wěn)態(tài) 持續(xù)時(shí)間、 幅值 調(diào)速驅(qū)動(dòng) 器 計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí) 錯(cuò)誤、通信 電容器、隔 離電感器 干擾 電壓閃變穩(wěn)態(tài) 波動(dòng)幅值、 出現(xiàn)頻率、 調(diào)制頻率 電弧爐、電 機(jī)啟動(dòng) 伺服電機(jī)運(yùn) 行不正常 靜止無(wú)功補(bǔ) 償 諧振暫態(tài)暫態(tài) 波形、峰值、

22、 持續(xù)時(shí)間 線(xiàn)路、負(fù)載 和電容器組 的投切 設(shè)備絕緣破 壞、損壞電 力電子設(shè)備 濾波器、隔 離變壓器、 避雷器 脈沖暫態(tài)暫態(tài) 上升時(shí)間、 峰值、持續(xù) 時(shí)間 閃電電擊 線(xiàn)路、感性 電路開(kāi)合 設(shè)備絕緣破 壞 避雷器 瞬時(shí)電壓上 升、瞬時(shí)電 壓下降 暫態(tài) 幅值、持續(xù) 時(shí)間、瞬時(shí) 值/時(shí)間 遠(yuǎn)端發(fā)生 故障、電機(jī) 啟動(dòng) 設(shè)備停運(yùn)、 敏感負(fù)載不 能正常運(yùn)行 不間斷電 源、動(dòng)態(tài)電 壓恢復(fù)器 噪聲穩(wěn)態(tài)/暫態(tài)幅值、頻譜 不正常接 地、固態(tài)開(kāi) 關(guān)負(fù)載 微處理器控 制設(shè)備不正 常運(yùn)行 正確接地、 濾波器 1.3.11.3.1 引起電壓干擾的原因引起電壓干擾的原因 根據(jù)表 1-1 能夠看出，引起電壓干擾的起因可大致分

23、為兩類(lèi)： （1）內(nèi)因。 系統(tǒng)中本身接有干擾性負(fù)荷，如電弧爐、整流器、單相負(fù)荷等。這些負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)產(chǎn) 生負(fù)面影響，如諧波、無(wú)功沖擊、負(fù)序等主要根源就在于非線(xiàn)性負(fù)荷側(cè)。而且，這些負(fù) 面影響可能通過(guò) pcc（公共連接點(diǎn)）波及其他終端用戶(hù)。 （2）外因。 雷電、外力破壞、樹(shù)枝影響、配電設(shè)備故障、電容器投切、線(xiàn)路切換、大功率電動(dòng) 機(jī)啟動(dòng)等都可能干擾系統(tǒng)，造成斷電或電壓下降，甚至影響到相鄰線(xiàn)路，導(dǎo)致有害影響 蔓延。 1.3.21.3.2 解決電壓質(zhì)量波動(dòng)的措施解決電壓質(zhì)量波動(dòng)的措施 電壓質(zhì)量是穩(wěn)定電能質(zhì)量的關(guān)鍵，在實(shí)際生產(chǎn)中，通常有兩種方法來(lái)提高電能質(zhì)量， 第一種是改善負(fù)荷特性，降低用戶(hù)設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量的敏感

24、程度，使具有更高的抗擾動(dòng)的 能力；第二種方法就是加裝補(bǔ)償裝置，來(lái)抵消系統(tǒng)中的干擾，使用戶(hù)側(cè)的電能減少不必 要的擾動(dòng)。實(shí)際中，第二種方法被廣泛的采用，不僅加裝補(bǔ)償裝置簡(jiǎn)單、方便、易于調(diào) 節(jié)，而且獲得收益更高，電壓質(zhì)量更穩(wěn)定。現(xiàn)在，補(bǔ)償裝置有了很大的發(fā)展，除了傳統(tǒng) 的并聯(lián)電容器、有載調(diào)壓變壓器、同步調(diào)相機(jī)等外，還有許多新興基于電力電子技術(shù)的 補(bǔ)償裝置，極大地改善了電網(wǎng)中的電能質(zhì)量。 1.41.4 儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀 現(xiàn)階段，可應(yīng)用于配電網(wǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)主要有下面幾類(lèi)：超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)、蓄電池儲(chǔ)能系 統(tǒng)、飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)和超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)。 1.超導(dǎo)儲(chǔ)能（smes） 超導(dǎo)儲(chǔ)能是利用超導(dǎo)線(xiàn)制成

25、的線(xiàn)圈，將電網(wǎng)供電勵(lì)磁產(chǎn)生的磁場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在需 要時(shí)再送回電網(wǎng)或直接給負(fù)荷供電。由于超導(dǎo)儲(chǔ)能存儲(chǔ)的電磁能不經(jīng)過(guò)其它形式的能量 轉(zhuǎn)換，且線(xiàn)圈在接近零下 273的低溫環(huán)境下電阻很小，所以其能量損耗很少，轉(zhuǎn)換效率 可達(dá)到 95%以上。此外，超導(dǎo)儲(chǔ)能還有調(diào)節(jié)容易，不受地域限制，維護(hù)方便，無(wú)污染等 優(yōu)點(diǎn)。超導(dǎo)儲(chǔ)能正得到越來(lái)越深入的研究，但其也有冷卻費(fèi)用高，對(duì)磁場(chǎng)環(huán)境和電流強(qiáng) 度等敏感的缺點(diǎn)。 2.蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（bess） 蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是最早的多次利用電源，由于各種原因在電力系統(tǒng)中一直沒(méi)有受到重 視。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，使蓄電池的直流形式的電能可以轉(zhuǎn)變成交流電并入電網(wǎng) 或供應(yīng)交流用戶(hù)?，F(xiàn)在一般

26、用蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)解決變電站操作電源問(wèn)題，有時(shí)也用蓄電 池儲(chǔ)能來(lái)協(xié)助無(wú)功補(bǔ)償裝置，或用于抑制電壓波動(dòng)和閃變。然而蓄電池的充電電壓不能 太高，要求充電器具有穩(wěn)壓和限壓功能。蓄電池的充電電流不能過(guò)大，要求充電器具有 穩(wěn)流和限流功能，所以它的充電回路也比較復(fù)雜。另外，電池受充放電電流的限制，充 電時(shí)間長(zhǎng)，一般為十幾小時(shí)，充放次數(shù)僅數(shù)百次，因此限制了使用壽命，導(dǎo)致維修費(fèi)用 較高。如果過(guò)度充電或短路容易爆炸，而且由于在蓄電池中使用了鉛等有害金屬，其容 易造成環(huán)境污染 3. 飛輪儲(chǔ)能（fes） 早在 50 年代就有人提出了利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪來(lái)存儲(chǔ)能量，并將其用于電動(dòng)汽車(chē)的 設(shè)想。90 年代以來(lái)，超導(dǎo)磁懸浮技

27、術(shù)研究進(jìn)展很快，配合真空技術(shù)，把電機(jī)的摩擦損耗 和風(fēng)損耗降到了最低限度。另外，高強(qiáng)度的碳素纖維合成材料的出現(xiàn)，大大增加了動(dòng)能 儲(chǔ)量。這些都對(duì)飛輪儲(chǔ)能的發(fā)展產(chǎn)生了重要的影響。飛輪儲(chǔ)能與外界交換能量通過(guò)電動(dòng)/ 發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)飛輪儲(chǔ)存能量時(shí)，飛輪儲(chǔ)能作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，飛輪加速；當(dāng)飛輪釋放能 量時(shí)，飛輪儲(chǔ)能作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，飛輪減速。飛輪儲(chǔ)能一般應(yīng)用在系統(tǒng)調(diào)峰和對(duì)增加系 統(tǒng)穩(wěn)定性方面。但是由于飛輪系統(tǒng)的組成和控制相當(dāng)復(fù)雜，導(dǎo)致其造價(jià)較為昂貴，對(duì)材 料要求較高，安全性和可靠性不穩(wěn)定。 4.超級(jí)電容器儲(chǔ)能 超級(jí)電容器(super capacitors)是近幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外發(fā)展起來(lái)的一種介于常規(guī)電容器與 化學(xué)電

28、池二者之間的新型儲(chǔ)能元件。它具備傳統(tǒng)電容那樣的放電功率，也具備化學(xué)電池 儲(chǔ)備電荷的能力。與傳統(tǒng)電容相比，具備達(dá)到法拉級(jí)別的超大電容量、較高的能量、較 寬的工作溫度范圍和極長(zhǎng)的使用壽命，充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)十萬(wàn)次以上，且不用維護(hù)； 與化學(xué)電池相比，具備較高的比功率，且對(duì)環(huán)境無(wú)污染。因此，超級(jí)電容器是一種高效、 實(shí)用、環(huán)保的能量存儲(chǔ)裝置，它優(yōu)越的性能得到各方的重視，目前發(fā)展十分迅速。 圖 1-1 幾種超級(jí)電容的外部結(jié)構(gòu) 1.51.5 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章描述了現(xiàn)在社會(huì)隨著科技的發(fā)展，人們的生產(chǎn)和生活對(duì)電網(wǎng)電壓的質(zhì)量問(wèn)題要 求越來(lái)越高，于是電能質(zhì)量這一概念就被人提出。在最近的時(shí)間里，補(bǔ)償裝置有了很大

29、 的發(fā)展，除了傳統(tǒng)的并聯(lián)電容器、有載調(diào)壓變壓器、同步調(diào)相機(jī)等外，還有許多新興基 于電力電子技術(shù)的補(bǔ)償裝置，極大地改善了電網(wǎng)中的電能質(zhì)量。各種電力電子器件對(duì)提 高電網(wǎng)中電能的質(zhì)量起到了極大地作用，但是仍然有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 2 2 超級(jí)電容器簡(jiǎn)介超級(jí)電容器簡(jiǎn)介 采用電化學(xué)雙電層原理的超級(jí)電容器雙電層電容器（electric double layer capacitor；edlc）,也叫功率電容器（power capacitor）,是一種介于普通電容器和二 次電池之間的一種新型儲(chǔ)能裝置。超級(jí)電容器集高能量密度、高功率密度、長(zhǎng)壽命等特 性于一身, 具有工作溫度寬、可靠性高、可快速循環(huán)充放電和長(zhǎng)時(shí)間放電

30、等特點(diǎn)，被廣 泛應(yīng)用作微機(jī)的備用電源、太陽(yáng)能充電器、報(bào)警裝置、家用電器、照相機(jī)閃光燈和飛機(jī) 的點(diǎn)火裝置等, 尤其是在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已引起舉世的廣泛重視。 2.12.1 超級(jí)電容器的產(chǎn)生背景超級(jí)電容器的產(chǎn)生背景 1879年，亥姆霍茨(helmholtz)發(fā)現(xiàn)界面雙電層現(xiàn)象，提出了平板電容器的解釋模型， 但直到1957年becker獲得了雙電層電容器的專(zhuān)利，才使得超級(jí)電容器的產(chǎn)品化有了新的突 破。到目前超級(jí)電容器已有50多年的發(fā)展歷史，其間對(duì)于超級(jí)電容器的研究主要集中在 尋找電極活性物質(zhì)作為電極的研究上。今后人們將會(huì)繼續(xù)研究與開(kāi)發(fā)新穎的電極材料、 選擇合適的電解液、優(yōu)化電容器的組裝技術(shù)

31、。目前電極材料可以分為三類(lèi)：第一類(lèi)是碳 材料；第二類(lèi)是過(guò)渡金屬氧化物；第三類(lèi)是導(dǎo)電聚合物材料。 實(shí)際上，后兩種物質(zhì)作電極的性能要優(yōu)于碳材料，但昂貴的貴金屬材料以及性能不 穩(wěn)定的導(dǎo)電聚合物摻雜，使得后兩類(lèi)超級(jí)電容器的研究多限于實(shí)驗(yàn)室，短期內(nèi)不太可能 進(jìn)行商業(yè)化。此外，還有使用不同正負(fù)電極材料的非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器(也稱(chēng)混合超級(jí)電 容器或雜化超級(jí)電容器)，其儲(chǔ)能能力大大增加 。 在超級(jí)電容器的產(chǎn)業(yè)化上，最早是1980年nectokin與1987年松下三菱的產(chǎn)品。到 20世紀(jì)90年代，econd和elit推出了適合于大功率啟動(dòng)動(dòng)力場(chǎng)合的電化學(xué)電容器。如今， panasonic、nec、epcos、ma

32、xwell、powerstor、evans，saft，capxx，ness等公司 在超級(jí)電容器方面的研究均非常活躍?？偟膩?lái)說(shuō)，目前美國(guó)、日本、俄羅斯的產(chǎn)品幾乎 占據(jù)了整個(gè)超級(jí)電容器市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的基本上都是雙電層電容器 。 2.22.2 超級(jí)電容器的原理及分類(lèi)超級(jí)電容器的原理及分類(lèi) 按采用的電極不同，超級(jí)電容器主要有以下幾種類(lèi)型：碳基電極電容器、貴金屬氧 化物電極電容器和導(dǎo)電聚合物電極電容器等類(lèi)型，現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的為碳基超級(jí)電容 器。 按存儲(chǔ)電能的機(jī)理不同，超級(jí)電容器可以分為兩種類(lèi)型，一種是“雙電層電容器” (double layer capacitor，dlc)，其電容的產(chǎn)生主要基于“電

33、極/電解液”上電荷分離所 產(chǎn)生，如碳基電極電容器；另一種則被稱(chēng)為“法拉第準(zhǔn)電容”(faradic pseundo capacitance)，由貴金屬或貴金屬氧化物電極等組成，其電容的產(chǎn)生是基于電活性離子在 貴金屬表面發(fā)生欠電位沉積，或在貴金屬氧化物表面及體相中發(fā)生氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生 的吸附電容，該類(lèi)電容的產(chǎn)生機(jī)制與雙電層電容不同，并伴隨電荷傳遞的過(guò)程發(fā)生，通 常具有更大的比容性，但由于貴金屬價(jià)格昂貴，因此此種電容一般用于軍事領(lǐng)域。 碳基超級(jí)電容器(double layer capacitor，dlc)是如今應(yīng)用最為廣泛的一種超級(jí)電 容器，它的電極材料由碳材料構(gòu)成，使用有機(jī)電解液作為介質(zhì)，活性炭

34、與電解液之間形 成離子雙電層，通過(guò)極化電解液來(lái)儲(chǔ)能，能量貯存于雙電層和電極內(nèi)部，電化學(xué)雙電層 電容器的性能在很大程度上取決于碳材料的性質(zhì)，電極材料的表面積、粒徑分布、電導(dǎo) 率、電化學(xué)穩(wěn)定性等因素都能影響電容器的性能。其原理如圖2-2所示。 圖 2-1 超級(jí)電容原理圖 當(dāng)用直流電源為超級(jí)電容器單體充電時(shí)，電解質(zhì)中的正、負(fù)離子聚集到固體電極表 面，形成“電極/溶液”雙電層，用以貯存電荷。雙電層厚度的形成，依賴(lài)于電解質(zhì)的濃 度和離子的尺寸，其容量正比于電極表面積，而與“電極/溶液”雙電層的厚度成反比； 其貯能量受電極材料表面積、多孔電極孔隙率和電解質(zhì)活度等因素的影響。 2.32.3 超級(jí)電容器的特點(diǎn)

35、超級(jí)電容器的特點(diǎn) 超級(jí)電容器作為一支新型的儲(chǔ)能元件，具有以下顯著特點(diǎn)： （1）超級(jí)電容的電容量非常高（0.1f50 000f） ，比同體積鉭、鋁電解電容器的電容 量大 2 00050 000 倍； （2）漏電流極小，具有電壓記憶功能，電壓保持時(shí)間長(zhǎng)； （3）功率密度高，可作為功率輔助器，提供大電流； （4）充放電效率高，具有超長(zhǎng)的自身壽命和循環(huán)壽命，充放電次數(shù)大于 10 萬(wàn)次； （5）對(duì)過(guò)充放電有一定的承受能力，短時(shí)間的過(guò)電壓不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，能 夠反復(fù)的、穩(wěn)定的充放電； （6）比蓄電池安全，短路狀態(tài)下，超級(jí)電容器不會(huì)發(fā)生爆炸； （7）溫度范圍寬-40+70，而一般電池則只有 0+60；

36、 （8）維護(hù)費(fèi)用少，材料環(huán)保，無(wú)污染。 但是，目前超級(jí)電容器還在研究和發(fā)展階段，理所當(dāng)然的會(huì)有一些需要改進(jìn)的方面， 比如說(shuō)能量密度較低，體積能量密度較差，和電解電容器相比，工作電壓較低，作為非 水系電解液要求高純度、無(wú)水，并且非水系電解液對(duì)于裝配環(huán)境要求嚴(yán)格，造價(jià)較高。 鑒于其優(yōu)良特性，超級(jí)電容器非常適合在多種系統(tǒng)中應(yīng)用。 2.42.4 超級(jí)電容器的應(yīng)用超級(jí)電容器的應(yīng)用 超級(jí)電容器作為大功率物理二次電源，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域用途十分廣泛：各發(fā)達(dá)國(guó) 家都把超級(jí)電容的研究列為國(guó)家重點(diǎn)戰(zhàn)略研究項(xiàng)目。1996年歐共體制定了超級(jí)電容器的 發(fā)展計(jì)劃，日本“新陽(yáng)光計(jì)劃”中列出了超級(jí)電容器的研制，美國(guó)能源部及國(guó)防

37、部也制 定了發(fā)展超級(jí)電容器的研究計(jì)劃 。我國(guó)從80年代開(kāi)始研究超級(jí)電容器，北京有色金屬研 究總院、錦州電力電容器有限責(zé)任公司、北京科技大學(xué)、北京化工大學(xué)、北京理工大學(xué) 等也陸續(xù)開(kāi)展超級(jí)電容器相關(guān)研究工作。2005年，中國(guó)科學(xué)院電工所完成了用于光伏發(fā) 電系統(tǒng)的300 wit1 kw超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)工作。2006年8月，世界首條超 級(jí)電容公交商業(yè)示范線(xiàn)在上海率先啟動(dòng)，上海振華港機(jī)利用超級(jí)電容器作為輪胎式集裝 箱龍門(mén)起重機(jī)儲(chǔ)能裝置實(shí)現(xiàn)了綠色，取得良好效果。2008年8月，北京理工大學(xué)具有自主 知識(shí)產(chǎn)權(quán)的純電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用到北京奧運(yùn)用電動(dòng)客車(chē)中。雖然針對(duì)超級(jí)電容器研究成 果頗豐，但整體來(lái)看

38、，我國(guó)的研究與應(yīng)用水平明顯落后于世界先進(jìn)水平。目前超級(jí)電容 器正逐漸步入成熟期，市場(chǎng)越來(lái)越大，有越來(lái)越多的公司聚焦到生產(chǎn)超級(jí)電容器上。超 級(jí)電容器主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面： (1) 超級(jí)電容器在便攜式儀器儀表中如驅(qū)動(dòng)微電機(jī)、繼電器、電磁閥中可以替代電池 工作，它可以避免由于瞬間負(fù)載變化而產(chǎn)生的誤操作； (2)應(yīng)用在500a以下的，主要作為主供電的后備電源。在數(shù)字調(diào)頻音響系統(tǒng)、可編程 消費(fèi)電子產(chǎn)品、洗衣機(jī)等中作為cmos、ram、ic的時(shí)鐘電源并在測(cè)量?jī)x器、自動(dòng)控制模塊 等中提供高溫85條件下系統(tǒng)時(shí)鐘電源； (3)超級(jí)電容器技術(shù)還可應(yīng)用在移動(dòng)無(wú)線(xiàn)通訊設(shè)備中。這些設(shè)備往往采用脈沖的方式 保持聯(lián)絡(luò)，由

39、于超級(jí)電容器的瞬時(shí)充放電能力強(qiáng)，可以提供的功率大，因此在這一領(lǐng)域 的應(yīng)用也非常廣闊。 (4)在眾多大型石化、電子、紡織等企業(yè)的重要電力系統(tǒng)特別是在大功率系統(tǒng)上的瞬 態(tài)穩(wěn)壓穩(wěn)流，超級(jí)電容器是幾乎不可替代的器件。另外，芯片企業(yè)在選址時(shí)考慮電力的 波動(dòng)也是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié),而超級(jí)電容器系統(tǒng)則可以完全解決這個(gè)問(wèn)題； (5)超級(jí)電容器在短時(shí)ups系統(tǒng)、電磁操作機(jī)構(gòu)電源、太陽(yáng)能電源系統(tǒng)、汽車(chē)防盜系統(tǒng)、 汽車(chē)音響系統(tǒng)等系統(tǒng)上也具有不可替代的作用。在風(fēng)力發(fā)電或太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，由于 風(fēng)力與太陽(yáng)能的不穩(wěn)定性，會(huì)引起蓄電池反復(fù)頻繁充電，導(dǎo)致壽命縮短，超級(jí)電容器可 以吸收或補(bǔ)充電能的波動(dòng)，解決這一問(wèn)題； (6)超

40、級(jí)電容器在電動(dòng)汽車(chē)、混合燃料汽車(chē)和特殊載重車(chē)輛方面也有著巨大的應(yīng)用價(jià) 值和市場(chǎng)潛力。作為電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力電源，可以單獨(dú)使用超級(jí)電容器或 將其與蓄電池聯(lián)用。這樣，超級(jí)電容器在用作電動(dòng)汽車(chē)的短時(shí)驅(qū)動(dòng)電源時(shí)，可以在汽車(chē) 啟動(dòng)和爬坡時(shí)快速提供大電流從而獲得大功率以提供強(qiáng)大的動(dòng)力；在正常行駛時(shí)由蓄電 池快速充電；在剎車(chē)時(shí)快速存儲(chǔ)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的瞬時(shí)大電流，回收能量，從而減少電動(dòng)汽 車(chē)對(duì)蓄電池大電流放電的限制，延長(zhǎng)蓄電池的循環(huán)使用壽命，提高電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)用性； (7)超級(jí)電容器在電動(dòng)助力車(chē)市場(chǎng)上的應(yīng)用也正在擴(kuò)展。電動(dòng)助力車(chē)上的蓄電池由于 其充放電電流要求苛刻，能量難以進(jìn)行瞬時(shí)回收，而超級(jí)電容器非常容

41、易滿(mǎn)足這些要求。 超級(jí)電容器在電動(dòng)助力車(chē)起動(dòng)、加速與爬坡時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行能源補(bǔ)充，并在剎車(chē)時(shí)完全回 收能量，提高系統(tǒng)性能。 2.52.5 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章主要介紹了超級(jí)電容的產(chǎn)生背景、原理、特點(diǎn)以及應(yīng)用范圍。從基本上講解了 超級(jí)電容這一新型的電網(wǎng)補(bǔ)償裝置的原理及發(fā)展，其優(yōu)良的性能是它迅速成為了現(xiàn)在研 究的一個(gè)熱點(diǎn)。 3 3 超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制技術(shù)超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制技術(shù) 3.13.1 超級(jí)電容器的等效電路模型超級(jí)電容器的等效電路模型 超級(jí)電容的基本結(jié)構(gòu)包括：集電板、電極、電解質(zhì)和隔離膜。超級(jí)電容的儲(chǔ)能原理基于多 孔材料“電極/溶液”界面的雙電層結(jié)構(gòu)，從阻抗角度分析，等效電路

42、為一般的rc電路，其等效電路 如圖2-5所示。其中，epr為等效并聯(lián)內(nèi)阻，esr為等效串聯(lián)內(nèi)阻，c為等效容抗，l為等效感抗。epr 主要影響超級(jí)電容的漏電流，從而影響超級(jí)電容的長(zhǎng)期儲(chǔ)能性能，epr通常很大，可以達(dá)到幾萬(wàn)歐姆， 所以漏電流非常小。l代表超級(jí)電容器的感性成分，他是與工作頻率有關(guān)的分量。 圖3-1 超級(jí)電容的等效電路模型 3.23.2 超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)基本理論超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)基本理論 隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，各行各業(yè)對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高， 這也就使得它們對(duì)于電能質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，從而使得各種各樣的電能質(zhì)量控制裝 置不斷接入配電系統(tǒng)之中。對(duì)于這些裝置，不僅要

43、求其輸出電壓穩(wěn)定可靠，而且要求其 輸出電壓正弦度好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的研究，其控制技術(shù)得到了不斷的 發(fā)展，由最早的開(kāi)環(huán)控制發(fā)展到輸出電壓瞬時(shí)反饋控制，由模擬控制逐漸發(fā)展到了全數(shù) 字控制，性能有了極大的提高。 而如今，變流技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)就是逆變器的數(shù)字控制方法，并且出現(xiàn)了多 種逆變器離散化的控制方法，主要包括數(shù)字pid控制、狀態(tài)反饋控制、無(wú)差拍控制、重復(fù) 控制、模糊控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。這其中，最常用的方法是pid?？刂婆c其它控制方 法相比，pid算法具有如下優(yōu)點(diǎn)：pid算法蘊(yùn)涵了動(dòng)態(tài)控制過(guò)程中過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)的主 要信息，可以使控制過(guò)程快速、準(zhǔn)確、平穩(wěn)，具有良好的控制效果

44、；pid控制算法在設(shè)計(jì) 過(guò)程中不過(guò)分依賴(lài)系統(tǒng)參數(shù)，因此系統(tǒng)參數(shù)的變化對(duì)控制效果的影響很小，控制的適應(yīng) 性好，有較強(qiáng)魯棒性；pid算法簡(jiǎn)單明了，已經(jīng)形成了一套完整的設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整方法。 但是，數(shù)字pid控制算法也不可避免的會(huì)有一些局限性。一方面是系統(tǒng)的采樣量化誤差降 低了算法的分辨率，使得pid調(diào)節(jié)器的控制精度變差；另一方面，采樣和計(jì)算延時(shí)使得被 控系統(tǒng)成為一個(gè)具有純時(shí)間滯后的系統(tǒng)，造成了pid調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)困難，穩(wěn)定域減小。隨 著高速信號(hào)處理器dsp及高速a/d的出現(xiàn)，才使得數(shù)字pid技術(shù)有了進(jìn)一步應(yīng)用。 3.33.3 超級(jí)電容器儲(chǔ)能控制系統(tǒng)主電路超級(jí)電容器儲(chǔ)能控制系統(tǒng)主電路 眾所周知，電壓、頻

45、率、波形和三相平衡是影響電壓質(zhì)量問(wèn)題的四個(gè)主要方面，其 中包括用電的可靠性、穩(wěn)定性和連續(xù)性，電網(wǎng)系統(tǒng)要求盡量易于操作，合理利用和節(jié)約 能源以及較少的維護(hù)費(fèi)用等。能夠影響電能質(zhì)量的電力網(wǎng)絡(luò)上的電氣干擾的情況主要包 括：電壓的突然跌落和上升及電壓的完全中斷，電壓的諧波分量，電壓的波動(dòng)與閃變， 電壓的三相不平衡等，其中最為嚴(yán)重的電能質(zhì)量問(wèn)題就是電壓的突然跌落以及電壓的完 全中斷。而如今超級(jí)電容器則可以很好的解決這問(wèn)題。本文主要研究超級(jí)電容器儲(chǔ)能系 統(tǒng)并聯(lián)在系統(tǒng)和負(fù)荷之間，通過(guò)整流器將電能儲(chǔ)存在超級(jí)電容器中。當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)向外供 電時(shí)，逆變器將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，通過(guò)變壓器將能量輸送回電網(wǎng)或負(fù)荷。由于

46、 超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)具有儲(chǔ)能單元，在配電系統(tǒng)發(fā)生供電電壓中斷時(shí)可以向負(fù)荷短時(shí)供 電，所以，該系統(tǒng)可以有效抑制負(fù)荷擾動(dòng)造成的電壓波動(dòng)，在提高系統(tǒng)的供電能力和供 電可靠性方面也有很好的作用。 超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)主要包括：整流單元、儲(chǔ)能單元和逆變單元。整 流單元采用三相全橋整流器，給超級(jí)電容器充電以及為逆變單元提供直流電能。逆變單 元采用 igbt 組成的三相電壓型逆變器，通過(guò)變壓器與電網(wǎng)相聯(lián)。超級(jí)電容正常工作時(shí)， 通過(guò) igbt 的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，就像一個(gè)電壓型 逆變器，只不過(guò)其交流側(cè)輸出接的不是無(wú)源負(fù)載，而是電網(wǎng)。因此，當(dāng)僅考慮基波頻率 時(shí)，可以將

47、超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)等效為幅值和相位均可控制的交流同期電壓源。 超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及連接方式如圖 3-2 所示： 負(fù) 載 整流器逆變器 超級(jí) 電容 器 圖 3-2 超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3.43.4 整流單元的選擇整流單元的選擇 工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的功率半導(dǎo)體器件是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的核心，半控型功率開(kāi)關(guān)元 件的問(wèn)世標(biāo)志著現(xiàn)代電力電子技術(shù)時(shí)代的開(kāi)始?，F(xiàn)代電力電子器件是指全控型的電力半 導(dǎo)體器件，可分為雙極型、單極型和全控型三大類(lèi)。現(xiàn)代電力電子器件向著全控化、集 成化、高頻化、多功能化和智能化方向發(fā)展。雙極型功率開(kāi)關(guān)器件的主要特點(diǎn)是通態(tài)壓 降低、阻斷電阻高和電流容量大，適用于較大容量的變流系統(tǒng)。其

48、主要有電力晶體管 (gtr)、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管(gto)和靜電感應(yīng)晶閘管(sith)等。其中 gtr 具有控制方便和 通態(tài)壓降低的優(yōu)點(diǎn)，但存在二次擊穿問(wèn)題和耐壓難以提高的缺點(diǎn)。一般應(yīng)用于幾十千伏 安以下、開(kāi)關(guān)頻率低于 10khz 的場(chǎng)合。gto 是目前能做到耐壓最高、電流容量最大的功率 開(kāi)關(guān)器件之一，現(xiàn)在最大容量可達(dá) 5000v、4500a。但其關(guān)斷增益小，門(mén)極反向關(guān)斷電流 較大。需設(shè)置專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)電路，開(kāi)關(guān)頻率一般為 12khz，多應(yīng)用在 200kva 以上的大容 量變流設(shè)備中。sith 是大功率控開(kāi)關(guān)器件。它的通態(tài)電阻小、開(kāi)關(guān)速度快，可用于高頻 感應(yīng)加熱電源。但其制造工藝復(fù)雜，成本較高。 單

49、極型功率開(kāi)關(guān)器件的典型產(chǎn)品主要有功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)和靜電感應(yīng)晶體 管(sit)。它們屬于電壓控制器件，驅(qū)動(dòng)功率小。mosfet 的電流容量和耐壓難以提高，多 用于中小容量、開(kāi)關(guān)頻率較高的場(chǎng)合。sit 的輸出功率大，多用于高音質(zhì)音頻放大器、通 訊設(shè)施和空間技術(shù)等領(lǐng)域。 混合型功率開(kāi)關(guān)器件是由單極型和雙極型功率開(kāi)關(guān)器件集成混合制造，利用耐壓高、 電流密度大、導(dǎo)通壓降低的雙極型器件作為輸出級(jí)，同時(shí)利用輸入阻抗高、響應(yīng)速度快 的單極型 mos 器件作為輸入級(jí)，兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)。這類(lèi)器件的典型產(chǎn)品有絕緣柵雙極晶 體管(igbt)、mos 晶閘管(mct)和功率集成電路(pic)等。mct 是

50、晶閘管和 mosfet 的混合 集成，它阻斷電壓高，電流容量大，通態(tài)壓降和損耗小，開(kāi)關(guān)速度高，開(kāi)關(guān)損耗小，是 最有發(fā)展前景的全控型功率半導(dǎo)體器件。但現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用很少。pic 是指功率開(kāi)關(guān)器件與 驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、保護(hù)電路等的總體集成，使強(qiáng)電和弱電達(dá)到完美的結(jié)合，完成了 信息與動(dòng)力的統(tǒng)一，推動(dòng)電力電子技術(shù)進(jìn)入智能化時(shí)代。但其耐壓和電流容量很小。 igbt 是 mosfet 與 gtr 復(fù)合形成的一種新型器件，自八十年代中期以來(lái)發(fā)展十分迅速，開(kāi) 關(guān)頻率已超過(guò) 20khz。它既具有功率 mosfet 的電壓驅(qū)動(dòng)、開(kāi)關(guān)頻率高、無(wú)二次擊穿問(wèn)題 等優(yōu)點(diǎn)，又具有 gtr 通態(tài)電流大、反向阻斷電壓高等優(yōu)點(diǎn)。

51、近年來(lái)，在開(kāi)關(guān)電源、電機(jī) 控制以及其它要求開(kāi)關(guān)頻率高、損耗低的中小容量變流設(shè)備中，igbt 有取代功率 mosfet 和 gtr 的趨勢(shì)，成為應(yīng)用最廣泛的功率開(kāi)關(guān)器件之一。 基于以上對(duì)各種常用全控型功率開(kāi)關(guān)器件的對(duì)比分析，本文設(shè)計(jì)的三相橋式逆變器 的功率開(kāi)關(guān)元件采用 igbt。 三相全橋整流電路由于其較好的優(yōu)越性，在現(xiàn)如今的工業(yè)上取得了廣泛應(yīng)用。三相 全橋式全控整流電路的電路如圖 3-3 所示。三相全橋整流電路通過(guò)對(duì)兩組橋臂晶閘管元 件的有序控制，可構(gòu)成電源系統(tǒng)對(duì)負(fù)載供電的 6 條回路。每一整流回路中含有 2 只晶閘 管元件，1 只為共陰極組的某相元件；另 1 只則應(yīng)為共陽(yáng)極組的另一相元件。各

52、整流回路 的交流電源電壓為兩元件所在相間的線(xiàn)電壓，等值電路和單相半波可控整流電路相同。 圖 3-3 三相全橋整流電路 3.53.5 逆變器的選擇與控制逆變器的選擇與控制 3.5.13.5.1 逆變器的選擇逆變器的選擇 逆變電路根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同可分為兩種：直流側(cè)是電壓源的稱(chēng)為電壓型逆 變電路；直流側(cè)是電流源的稱(chēng)為電流型逆變電路。它們也分別被稱(chēng)為電壓源逆變電路 （vsti）和電流源逆變電路（csti） 。電流型逆變電路主要存在兩個(gè)缺陷：一是輸出電流 中含有較大的紋波，用濾波器消除會(huì)影響高頻波形的產(chǎn)生；二是不便于調(diào)試和穩(wěn)定。另 外還有軟開(kāi)關(guān)逆變器以及諧振式逆變器等，但這類(lèi)逆變器主電路及控制過(guò)

53、于復(fù)雜。因此， 本設(shè)計(jì)采用的是三相電壓型逆變器，其逆變電路的結(jié)構(gòu)如圖 3-4 所示。 4 v 1 v 1 vd 4 vd 3 vd 6 vd 5 vd 2 vd 3 v 6 v 4 v 5 v + + - - 電電 網(wǎng)網(wǎng) c 圖 3-4 三相電壓型逆變器 功率器件的驅(qū)動(dòng)電路作為主電路和控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán) 節(jié)，對(duì)整體性能影響很大。驅(qū)動(dòng)電路的性能，影響著功率器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、開(kāi)關(guān)時(shí)間、 開(kāi)關(guān)損耗，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要意義。 驅(qū)動(dòng)電路的作用是將 dsp 控制芯片輸出的 pwm 控制脈沖放大到足以驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)管， 所以從原理上來(lái)講，驅(qū)動(dòng)電路主要起開(kāi)關(guān)功率放大作

54、用，即脈沖放大器。但其重要性在 于功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)特性與驅(qū)動(dòng)電路的性能密切相關(guān)，采用不同的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)相同 的功率開(kāi)關(guān)器件，將得到不同的開(kāi)關(guān)特性。性能優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)電路能改善功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi) 關(guān)特性，從而減小開(kāi)關(guān)損耗，提高整個(gè)系統(tǒng)的效率及功率器件工作的可靠性。因此，驅(qū) 動(dòng)電路的優(yōu)劣直接影響逆變器的性能。 在功率變換裝置中，根據(jù)主電路的結(jié)構(gòu)，其功率開(kāi)關(guān)器件一般采用直接驅(qū)動(dòng)和隔離 驅(qū)動(dòng)兩種方式。采用隔離驅(qū)動(dòng)方式時(shí)需要將多路驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、主電路互相隔離， 以免引起災(zāi)難性的后果。隔離驅(qū)動(dòng)可分為電磁隔離和光電隔離兩種方式。光電隔離具有 體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 本逆變電源控制系統(tǒng)選用美國(guó)國(guó)際整流公司(

55、international rectifier，簡(jiǎn)稱(chēng) ir)生 產(chǎn)的 ir2136 作為驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)芯片，它兼有光藕隔離(體積小)和電磁隔離(速度快)的 優(yōu)點(diǎn)，適合中小功率變換裝置的驅(qū)動(dòng)器件。 圖 3-5 ir2136 引腳圖 ir2136 三相逆變器驅(qū)動(dòng)器集成電路集成了 6 個(gè) mosfet 或 igbt 高電壓柵極驅(qū)動(dòng)器， 能兼容 cmos 輸出或 lsttl 輸出，提供低至 3.3v 的邏輯，其可輸出的最大正向峰值驅(qū)動(dòng) 電流為 120ma，而反向峰值驅(qū)動(dòng)電流為 250ma。此外，此集成電路支持堅(jiān)固耐用的設(shè)計(jì)， 提供高達(dá) 50v/ns 的 dv/dt 耐量和較低的 di/dt 驅(qū)動(dòng)電流，

56、防止噪音干擾。它的性能超過(guò) 光藕或變壓器，支持高頻工作，死區(qū)時(shí)間低至 250ns，一般接通/關(guān)斷時(shí)間為 400ns。同 時(shí)，它的內(nèi)部集成有過(guò)流、欠壓、防直通等保護(hù)功能和 en 使能端，使用戶(hù)能夠可靠地保 護(hù)被驅(qū)動(dòng)的功率管，外部的 rc 網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)延時(shí)能夠自動(dòng)清除過(guò)流故障，且當(dāng)故障發(fā)生時(shí)， 可通過(guò) fault 端口聲光報(bào)警。 正常工作時(shí)，輸入 ir2136 的 6 路觸發(fā)脈沖經(jīng)過(guò)輸入信號(hào)處理器處理后變?yōu)?6 路輸出 脈沖，驅(qū)動(dòng)下橋臂功率管的信號(hào) lin 1- lin3 經(jīng)過(guò)輸出驅(qū)動(dòng)器功放后，直接送往被驅(qū)動(dòng) 功率器件。而驅(qū)動(dòng)上橋臂功率管的信號(hào) hin1-hin3 先經(jīng)過(guò)集成于 ir2136 內(nèi)部的

57、3 個(gè)脈沖 處理器和電平移位器中的自舉電路進(jìn)行電壓變換，變?yōu)?3 路電位懸浮的驅(qū)動(dòng)脈沖，再經(jīng) 過(guò)對(duì)應(yīng)的 3 路輸出鎖存器鎖存并經(jīng)嚴(yán)格的驅(qū)動(dòng)脈沖欠電壓與否檢驗(yàn)之后，送到輸出驅(qū)動(dòng) 器進(jìn)行功放后才加到被驅(qū)動(dòng)的功率管。當(dāng)電路發(fā)生過(guò)流，即由電阻網(wǎng)絡(luò)組成的電流檢測(cè) 電路檢測(cè)到的信號(hào)高于 0.5v 時(shí)，則 ir2136 內(nèi)部的電流比較器迅速翻轉(zhuǎn)，促使故障邏輯 處理單元輸出低電平，則封鎖 3 路輸入脈沖信號(hào)處理器的輸出，使 ir2136 的輸出全為低 電平，從而關(guān)閉功率開(kāi)關(guān)管，達(dá)到保護(hù)功率管的目的；同時(shí) ir2136 的 fault 腳變?yōu)榈碗?平，該信號(hào)也通過(guò)光藕隔離后送往 dsp。若 ir2136 發(fā)生工

58、作電源欠壓，則欠壓檢測(cè)器迅 速翻轉(zhuǎn)，也會(huì)進(jìn)行類(lèi)似動(dòng)作 當(dāng) ir2136 驅(qū)動(dòng)上橋臂功率管的自舉電源工作電壓不足時(shí)，則該路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)檢測(cè)器 迅速動(dòng)作，封鎖該路的輸出，避免功率器件因驅(qū)動(dòng)信號(hào)不足而損壞。當(dāng)用戶(hù)的脈沖輸出 環(huán)節(jié)發(fā)生故障時(shí)，逆變器同一橋臂上的 2 個(gè)功率開(kāi)關(guān)管的輸入信號(hào)同時(shí)為高電平，則 ir2136 輸出的 2 路門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)全為低電平，從而可靠地避免橋臂直通現(xiàn)象發(fā)生，使功 率開(kāi)關(guān)管得到有效保護(hù)。 3.5.23.5.2 逆變器的控制方法逆變器的控制方法 隨著電力電子器件的迅速發(fā)展，變頻技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，與此相對(duì)應(yīng)的是各行 各業(yè)對(duì)于電能質(zhì)量越來(lái)越高的要求，這不僅要求逆變器有穩(wěn)定的輸出

59、電壓和長(zhǎng)時(shí)間工作 的可靠性能，而且要求逆變器輸出電壓的正弦度好，動(dòng)態(tài)性能佳、反應(yīng)迅速。在近些年， 逆變器的控制理論得到了不斷發(fā)展，由最早的開(kāi)環(huán)控制發(fā)展到輸出電壓瞬時(shí)反饋控制， 由模擬控制逐漸發(fā)展到全數(shù)字控制。近年來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路 asic、現(xiàn)場(chǎng)可編程邏 輯器件 fpga 及數(shù)字信號(hào)處理器 dsp 技術(shù)的發(fā)展，逐漸由模擬控制轉(zhuǎn)向數(shù)字控制，即向數(shù) 字化方向發(fā)展。實(shí)現(xiàn)數(shù)字化可帶來(lái)以下好處： （1）可以采用更先進(jìn)、更復(fù)雜的控制方法。輸出電能質(zhì)量好，可靠性高，便于實(shí)現(xiàn) 智能控制； （2）控制電路的元器件數(shù)量明顯減少，從而縮小了控制板體積，提高了系統(tǒng)的抗干 擾能力； （3）輸出控制采用軟件處理，設(shè)計(jì)

60、和制造靈活。一旦控制方法改變，只需要修改程 序即可，無(wú)需變動(dòng)硬件電路，大大縮短了設(shè)計(jì)周期。 逆變器的全數(shù)字控制是當(dāng)今研究的一個(gè)熱點(diǎn)，出現(xiàn)了多種逆變器離散化的控制方法， 包括數(shù)字 pid 控制、狀態(tài)反饋控制、無(wú)差拍控制、重復(fù)控制、模糊控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控 制等。 再現(xiàn)如今的逆變器控制中，最常用的就是數(shù)字 pid 控制方法。pid 調(diào)節(jié)是 proportional(比例)、integral(比例)、differential(微分)三者的縮寫(xiě)，具體實(shí)現(xiàn)方 式包括電壓瞬時(shí)值反饋控制和電壓電流雙閉環(huán)反饋控制，其控制的原理圖如圖 3-6 所示。 圖 3-6 逆變器的數(shù)字 pid 控制 與其他控制方法相比，數(shù)