本發(fā)明涉及混合型超級電容器建模領(lǐng)域，特別是一種混合型超級電容器建模方法。

背景技術(shù)：

1、早期的新能源電力系統(tǒng)儲能系統(tǒng)存在儲能方式單一的問題，主要應(yīng)用電化學(xué)儲能、抽水儲能、飛輪儲能等單一方式，實際效果不理想，為了滿足新型電力系統(tǒng)對大規(guī)模、多尺度功率—能量平衡的全面需求，應(yīng)綜合運用多種儲能技術(shù)以有效實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)中功率—能量的多時間尺度平衡，獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟效益，如在高比例新能源環(huán)境下，靈活應(yīng)用儲能系統(tǒng)以同時提供穩(wěn)定的能量與功率成為研究的焦點。混合型超級電容器是一種結(jié)合了超級電容器和電池優(yōu)點的新型儲能裝置，兼具較高的功率密度和能量密度，其能量功率比更加優(yōu)化、充電倍率及效率高、使用溫度范圍寬、安全性高、不受地理地址條件限制、循環(huán)壽命長，適用于對儲能密度和功率性能要求均較高的場合，因此混合型超級電容器可以作為構(gòu)網(wǎng)型儲能的能量來源，以促進系統(tǒng)的能量平衡，支撐系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，于是搭建了一種混合型超級電容器建模方法，可以更有效地研究混合型超級電容器的電氣特性和混合型超級電容器在新型電力系統(tǒng)中的儲能性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，設(shè)計了一種混合型超級電容器建模方法。

2、實現(xiàn)上述目的本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種混合型超級電容器建模方法，對混合型超級電容器的電氣特性進行建模，該模型主要包括混合型超級電容器的荷電狀態(tài)模型、開路電壓模型、內(nèi)阻特性模型、溫度特性模型以及輸出電壓模型；

3、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種混合型超級電容器建模方法，包括以下步驟：

4、步驟1、設(shè)定混合型超級電容器模型的初始荷電狀態(tài)soc0、初始溫度t0；

5、步驟2、測量混合型超級電容器模型流過的電流值，記錄這個電流值為i；

6、步驟3、將步驟1中初始荷電狀態(tài)soc0和步驟2中記錄的電流值i送入荷電狀態(tài)模型計算得混合型超級電容器模型的荷電狀態(tài)soc(t)；

7、步驟4、將步驟1中的初始溫度t0和步驟3中計算的荷電狀態(tài)soc(t)送入內(nèi)阻特性模型計算得混合型超級電容器模型的內(nèi)阻zsc；

8、步驟5、將步驟1中的初始溫度t0和步驟4中計算的內(nèi)阻zsc送入溫度特性模型計算得混合型超級電容器模型的溫度t；

9、步驟6、將步驟3中計算的荷電狀態(tài)soc(t)和步驟5中計算的溫度t送入開路電壓模型中，計算得到混合型超級電容器模型的開路電壓值uocv；

10、步驟7、將步驟2中記錄的電流值i、步驟4中計算的內(nèi)阻zsc和步驟6中計算的開路電壓值uocv送入輸出電壓模型計算得到混合型超級電容器模型的輸出電壓值uout。

11、所述荷電狀態(tài)模型，此模型的主要輸入是混合型超級電容器當(dāng)前所處電路中流過混合型超級電容器的電流大小，可以根據(jù)不同工況下電流的大小，計算混合型超級電容器的荷電狀態(tài)，混合型超級電容器模型在工作時，其荷電狀態(tài)soc(t)可以表示為：

12、soc(t)＝soc0-∫i(t)dt/qn

13、式中，soc0為設(shè)置的混合型超級電容器的初始荷電狀態(tài)；i(t)為混合型電容器端口流過的電流值(a)；qn為混合型電容器的電荷量(c)。

14、所述開路電壓模型，此模型結(jié)合混合型超級電容器的荷電狀態(tài)模型計算的荷電狀態(tài)soc(t)和溫度特性模型計算的溫度t，可得混合型超級電容器模型的開路電壓uocv可以表示為：

15、uocv＝f(soc(t),t)

16、式中，uocv為soc(t)和t的函數(shù)，可以通過開路電壓模型計算出uocv值。

17、所述內(nèi)阻特性模型，此模型結(jié)合荷電狀態(tài)模型計算出的荷電狀態(tài)soc(t)和溫度特性模型計算出的混合型超級電容器溫度t，可得混合型超級電容器模型的內(nèi)阻zsc可以表示為：

18、zsc＝g(soc(t),t)

19、式中，zsc為soc(t)和t的函數(shù)，可以通過溫度特性模型計算出zsc值。

20、所述溫度特性模型，此模型結(jié)合混合型超級電容器模型流過的電流和內(nèi)阻特性模型計算混合型超級電容器的發(fā)熱情況和溫度變化，得到混合型超級電容器模型的實時溫度變化情況。

21、溫度計算：

22、t＝t0+(q熱-q散)/(m·c)

23、q熱＝i2·zsc

24、q散＝∫h·a·(t-te)dt

25、式中，t為混合型超級電容器的實時溫度(℃)；t0為混合型超級電容器的初始溫度(℃)；te為環(huán)境溫度(℃)；q熱為混合型超級電容器在工作過程中產(chǎn)生的熱(j)；q散為混合型超級電容器工作過程中的散熱熱量(j)；m為混合型超級電容器的質(zhì)量(kg)；c為混合型超級電容器的整體比熱容(j/kg·k)；i為混合型超級電容器流過的電流(a)；zsc為混合型超級電容器的內(nèi)阻(ω)；a為混合型超級電容器與空氣的接觸面積(m2)；h為空氣對流換熱系數(shù)。

26、所述輸出電壓模型，此模型結(jié)合混合型超級電容器模型流過的電流i、開路電壓模型計算的開路電壓uocv和內(nèi)阻特性模型計算的內(nèi)阻zsc，得到混合型超級電容器模型的輸出電壓值uout可以表示為：

27、uout＝uocv-i·zsc

28、利用本發(fā)明技術(shù)方案制作的一種混合型超級電容器建模方法，實現(xiàn)了混合型超級電容器電氣系統(tǒng)的完整模型搭建，實現(xiàn)了對現(xiàn)實中混合型超級電容器在電氣系統(tǒng)工作時的荷電狀態(tài)、工作電壓電流、內(nèi)阻變化及發(fā)熱情況、輸出電壓的真實模擬，使用混合型超級電容器模型進行電力系統(tǒng)仿真能更加貼合實際混合型超級電容器在電力系統(tǒng)的工作情況，為新型電力系統(tǒng)的儲能系統(tǒng)的發(fā)展提供了助益。

技術(shù)特征：

1.一種混合型超級電容器建模方法，其特征在于，該模型主要包含混合型超級電容器的荷電狀態(tài)模型(1)、開路電壓模型(2)、內(nèi)阻特性模型(3)、溫度特性模型(4)和輸出電壓模型(5)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合型超級電容器建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合型超級電容器建模方法，其特征在于，所述的荷電狀態(tài)模型(1)，此模型的主要輸入是混合型超級電容器當(dāng)前所處電路中流過混合型超級電容器的電流大小，可以根據(jù)不同工況下電流的大小，計算混合型超級電容器的荷電狀態(tài)，混合型超級電容器模型在工作時，其荷電狀態(tài)soc(t)可以表示為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合型超級電容器建模方法，其特征在于，所述的開路電壓模型(2)，此模型結(jié)合混合型超級電容器的荷電狀態(tài)模型(1)計算的荷電狀態(tài)soc(t)和溫度特性模型(4)計算的溫度t，可得混合型超級電容器模型的開路電壓uocv可以表示為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合型超級電容器建模方法，其特征在于，所述在的內(nèi)阻特性模型(3)，此模型結(jié)合荷電狀態(tài)模型(1)計算出的荷電狀態(tài)soc(t)和溫度特性模型(4)計算出的混合型超級電容器溫度t，可得混合型超級電容器模型的內(nèi)阻zsc可以表示為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合型超級電容器建模方法，其特征在于，所述的溫度特性模型(4)，此模型結(jié)合混合型超級電容器模型流過的電流和內(nèi)阻特性模型(3)計算混合型超級電容器的發(fā)熱情況和溫度變化，得到混合型超級電容器模型的實時溫度變化情況；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合型超級電容器建模方法，其特征在于，所述的輸出電壓模型(5)，此模型結(jié)合混合型超級電容器模型流過的電流i、開路電壓模型(2)計算的開路電壓uocv和內(nèi)阻特性模型(3)計算的內(nèi)阻zsc，得到混合型超級電容器模型的輸出電壓值uout可以表示為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種混合型超級電容器建模方法，該模型主要包括混合型超級電容器的荷電狀態(tài)模型、開路電壓模型、內(nèi)阻特性模型、溫度特性模型以及輸出電壓模型；本發(fā)明涉及超級電容器建模技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明的有益效果是，實現(xiàn)了混合型超級電容器電氣系統(tǒng)的完整模型搭建，實現(xiàn)了對現(xiàn)實中混合型超級電容器在電氣系統(tǒng)工作時的荷電狀態(tài)、工作電壓電流、內(nèi)阻變化及發(fā)熱情況、輸出電壓的真實模擬。

技術(shù)研發(fā)人員：顏湘武,甘一博,賈焦心
受保護的技術(shù)使用者：華北電力大學(xué)（保定）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9