MRD减振系统混合储能电源脉冲响应性能研究

针对磁流变阻尼器(MRD)减振系统对于电源脉冲功率输出性能的要求,基于超级电容与铅酸电池能量密度和功率密度方面存在的互补性,提出双向Buck-Boost变换器耦合混合储能方案,对混合电源脉冲响应性能进行研究。根据物理储能和化学储能电源特性,设计混合储能系统主电路结构,利用交流小信号法建立变换器数学模型,并对变换器输出进行主动闭环控制。使用PLECS分别对铅酸电池电源系统和混合电源系统模型输出性能进行仿真比较,最后搭建实验平台进行验证。仿真及实验结果表明,相比于铅酸电池电源系统,混合电源系统直流母线受到脉动功率冲击时,超级电容能够补偿70%以上的脉冲功率分量,维持母线电压稳定,降低铅酸电池输出电流波动率,有利于改善电池工况,延长化学电源寿命,提高MRD系统后备电源可靠性。     

混合储能系统的功率变换器电流预测控制方法

针对随机性强和波动性大的新能源发电系统,为了平滑其出力,提出了一种混合储能系统的功率变换器电流预测控制方法。该方法首先分析了锂电池和超级电容充放电速度的互补特性,以及它们的功率变换器各种开关状态。然后基于模型预测控制建立了锂电池、超级电容器和双功率变换器预测模型。在此基础上,应用模型预测控制设计了混合储能控制系统。在考虑锂电池电流跟踪误差、超级电容器电流跟踪误差、超级电容器损耗和双功率变换器开关管导通数量的情况下,构建了多目标评价函数,并进行了最优开关模式求解。通过实时优化控制系统,输出最优开关模式,既实现了锂电池大电流充放电和跟踪低频变化功率,也实现了超级电容器小电流充放电和跟踪高频变化功率。因此,该方法实现了混合储能系统能量合理分配,延长了锂电池使用寿命,减少了开关动作,提高了系统整体效率。最后,通过仿真验证了所提方法的正确性。     

列车再生制动能量管理及控制系统研究

为回收利用交流电气化铁路列车产生的再生制动能量,研究了再生制动能量管理及控制系统。提出一种基于牵引负荷状态的能量综合管理策略,以牵引变压器两供电臂负荷功率为信息载体表示系统的不同工作模式,多种工作模式可相互切换。在混合储能装置内部功率分配中,通过引入锂电池荷电状态SOC（state of charge）及超级电容中间调节电压,保证了储能单元能够根据各自储能特性运行。设计了铁路功率调节器RPC（railway power conditioner）变换器和储能接口双向DC/DC变换器的控制算法。仿真结果表明该系统的正确性和有效性。     

锂电池/超级电容混合动力系统及控制策略

混合动力轻轨车(Hybrid Light Rail Vehicle,HLRV)以锂电池作为主动力源,超级电容作为辅助动力源,具有良好的技术性与经济性。提出锂电池与超级电容分别通过Buck/Boost双向变换器并联于直流母线侧的储能主电路结构,以实现功率的双向调节并提高超级电容器利用率。为了提高系统输出功率以及减小电流纹波,采用三相交错并联结构。针对锂电池响应速度慢的问题,提出了超级电容响应负载变化,锂电池响应超级电容低频分量的间接功率控制策略。仿真结果验证了该系统以及控制策略的正确性。     

混合电动汽车辅助储能系统的研究

针对混合电动汽车在城市交通中频繁加速减速的特点,设计了基于超级电容储能的电动汽车辅助储能系统,选择两相交错式半桥拓扑双向DC/DC变换器作为超级电容的充放电电路.重点设计双向DC/DC变换器对超级电容的充放电控制,采用平均电流控制的两个电感电流内环和一个电压外环的控制策略,并对电动汽车辅助储能系统进行了Simulink仿真,从而有效验证了超级电容在电动汽车中应用的优势.     

一种基于超级电容的输电线路在线监测系统电源设计

所设计的系统使用电流互感器取电,利用超级电容的大容量储能和快速充放电特性,经储能超级电容和放电超级电容输出给监测系统供电.电源根据负载端电压变化,通过控制储能电容与放电电容的通断,利用储能电容为放电电容充电,最后通过放电电容对外供电.针对母线电流不稳定,过压保护部分特别设计了能量再利用电路.仿真分析表明互感器输出功率在临界点波动时电源输出稳定,并可满足GPRS/GSM装置传输数据时的功率需求.经样机实测,装置运行效果良好.     

基于储能的多端口电源系统能量管理与控制策略

基于储能的多端口电源系统主要包括燃料电池、超级电容器储能和两组DC/DC变换器单元,根据系统需求设计了各组成部分的结构功能,分析了系统能量管理方案和储能单元的配置策略。燃料电池单元配备单向DC/DC变换器,采用电压电流双闭环控制为负载和超级电容储能单元提供能量;负载动态变化时,通过储能单元及其双向DC/DC变换器,采用滑模控制和分段PI控制相结合的策略,实现能量的快速传递控制,提高系统的输出稳定性。建立系统仿真模型进行分析,验证了多端口电源系统控制策略的有效性。     

基于超级电容混合储能系统的设计与分析

锂电池在实际应用中面临着频繁充放电、容量衰减等问题,而超级电容具有功率密度高、充放电速度快等优点,将超级电容和锂电池结合起来构成的混合储能系统对资源的合理利用有着重要的意义.提出了一种Buck-Boost变换器和Boost功率变换器相结合的混合储能并联控制系统,采用自适应变异粒子群(AMPSO)与BP神经网络相结合的算法估计锂电池的荷电状态,提出了一种基于模糊算法的混合储能优化控制策略,建立了混合储能系统仿真模型.仿真和实验结果显示了所提出的混合储能系统控制方法的正确性和有效性.     

平抑光伏系统波动的混合储能控制策略

蓄电池/超级电容混合储能系统可以同时发挥蓄电池高能量密度以及超级电容高功率密度的优势,适应用于微网。在Buck/Boost双向功率变换器与直流母线相连的独立光伏微网中,提出一种将储能系统总负荷功率滤波后,采用电流滞环控制蓄电池的充放电、超级电容提供差值功率的新型能量管理方案,以优化对混合储能系统的管理。为平抑光伏出力波动,实现对直流母线电压的控制,针对超级电容的Buck/Boost双向功率变换器,在电压电流双闭环基础上,利用输入电压、负载电流前馈环消除了二者的变化对输出电压的扰动,提高了系统的动态响应速度与控制精度;利用电容电压前馈环消除了由于负载电流大小及方向的改变对系统闭环极点变动的影响,提高了系统的稳定性。仿真结果验证了所提能量管理方案及控制策略的有效性。     

基于模糊逻辑的电动汽车双源混合储能系统能量管理策略

针对电动汽车行驶过程中电池放电电流过大导致的电池容量衰减问题,构建了由锂离子动力电池、超级电容和多端口DC/DC变换器构成的全主动式混合储能系统,其中电流环控制器和电压环控制器分别控制输出电流和直流母线电压。结合超级电容SOC、整车需求功率和车速情况,根据建立的45条模糊控制规则,模糊逻辑控制器调节锂离子动力电池和超级电容的充放电功率,在车辆峰值功率需求较高时避免了高频电流波动对动力电池寿命的影响。同时在功率需求较低时,动力电池给超级电容充电。在HWFET工况下的实验结果表明所提出的全主动式双能量源混合储能系统和基于模糊逻辑的能量管理策略能够有效保护锂离子动力电池免受大电流波动影响,从而达到延长电池寿命的作用。     

基于混合粒子群优化的混合储能直流电源系统

目前普遍应用的直流操作电源是由铅酸蓄电池供电,环保性较差、对高频装置响应速度较慢。针对这些问题,采用一种新型混合储能直流电源系统,其储能装置由锂电池和超级电容器构成,并提出一种基于超级电容器SOC的动态限制锂电池功率的混合储能能量管理策略。通过混合粒子群优化算法（PSO-NM）以降低锂电池的瞬时功率为目标离线求解全局最优解,有效提高了锂电池的使用寿命。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了该方法的有效性,实验测试证明新型直流操作电源响应速度快,供电更加可靠稳定。     

微电网孤岛运行混合储能自适应控制策略

蓄电池/超级电容器混合储能系统综合了超级电容器高功率密度和蓄电池高能量密度的优势,是储能技术未来发展方向之一。针对平抑微电网直流母线电压波动的应用需求,研究了蓄电池/超级电容器混合储能系统,建立了微电网孤岛运行状态混合储能系统等效电路模型。为充分保证混合储能系统整体性能,提出一种主从双环结构自适应控制策略,系统依据所设置的不同开环截止频率,对母线功率波动进行自适应响应,完成上层的功率自适应调节并使之平衡。针对负载电流不易测量的问题,提出基于扩张状态观测器的方法对其进行虚拟测量。仿真分析结果验证了所提控制策略的有效性与可行性。     

微电网混合储能功率分频控制策略研究

针对独立光伏发电系统中混合储能方式能够同时具有高功率密度和高能量密度的特性,提出一种微电网混合储能功率分频控制策略来提高系统运行的稳定性。通过Simulink平台搭建了独立光伏发电混合储能系统,通过对功率分频实现了超级电容器和锂离子电池的功率输出优化分配,抑制了由于负荷突变引起的功率波动,维持了直流母线电压的稳定。仿真结果表明,该方法提高了系统的稳定性,实现了对直流负载的可靠供电。     

基于前馈自抗扰的光伏微电网混合储能控制策略

针对光伏微电网混合储能系统中储能设备间的功率分频分配有效性差和抗干扰能力较弱等问题,提出一种基于前馈自抗扰控制(feedforward linear active disturbance rejection control,FF-LADRC)的光伏微电网混合储能控制策略。首先,搭建混合储能系统中蓄电池和超级电容的双向DC-DC数学模型,通过在电压环控制中引入前馈自抗扰控制,以提高混合储能系统的动态响应速度和抗干扰性能,并通过设置低通滤波,进而实现不同储能设备之间的功率分频分配。同时,将线性自抗扰控制分别引入蓄电池电流环控制和超级电容电流环控制,以实现不同储能设备间的协调控制,进而提高并网侧功率稳定性。频域分析结果证明了所提控制策略的有效性和稳定性。仿真结果表明,所提控制策略能够快速进行功率分频分配,同时协调光伏微电网有效运行。     

混合储能系统中超级电容的作用及容量设计方法

针对超级电容和锂离子电池经Buck-Boost双向DC/DC变换器升压后并联的混合储能系统（hybrid energy storage system,HESS）,详细分析了储能系统电流响应特性的影响因素。根据超级电容功率特性好和锂离子电池容量较大的特点,分析这2种储能介质在储能系统中的作用,并在此基础上提出了一种电池不直接响应功率指令,而是根据超级电容荷电状态进行充放电的功率分配方法。最后介绍了在该功率分配方法下超级电容的容量设计依据,并结合直驱型波浪发电输出功率的波动特性给出了算例。     

基于电压下垂法的独立直流微网混合储能系统控制策略改进

针对独立直流微网中混合储能单元使用寿命问题,基于电压下垂控制的混合储能单元控制策略,提出了混合储能系统控制策略的改进措施。首先采用基于超级电容荷电状态的稳态功率修正策略,使超级电容在工作一段时间后荷电状态能够恢复至初始额定值,避免超级电容过充或者过放。其次,针对电池使用寿命问题,提出基于混合储能荷电状态的能量管理策略,以达到延长电池使用寿命的目的。最后通过Matlab/Simulink仿真分析,证明该方法在光伏输出功率改变条件下可有效延长电池与超级电容使用寿命。     

基于滤波原理的光氢超并网系统建模与功率控制

针对光伏新能源功率输出随机性强、波动性大的缺陷,提出了基于低通滤波原理的能量型电解槽制氢和密度型超级电容器共同作为储能设备的功率分配控制策略,该策略能够有效地利用电解槽和超级电容器能量优势互补的特性来平抑直流母线功率波动。同时对其功率分配初始参考值进行修正以满足电解槽额定出力和超级电容器荷电状态上下限等约束条件,从而保证混合系统向电网可靠供电。通过PSCAD/EMTDC仿真平台对系统建模,仿真分析结果验证了所述控制策略的有效性。     

基于分层控制的光—储—燃直流供电系统能量管理方法

为克服光伏发电的随机性和间歇性,实现高可靠性、高品质供电,提出一种基于光伏/蓄电池/超级电容/燃料电池的直流供电系统能量管理分层控制方法。针对混合直流供电系统的多参数、非线性特性,上层控制设计微分平滑方法直接补偿非线性分量,实现系统非线性动态可逆,确保在光伏出力大幅变化、负载突变或系统参数发生摄动情形下,使系统直流母线电压依然能够稳定运行,同时为下层控制提供总载荷电流参考轨迹;针对混合直流供电系统中多电源的不同特性,下层控制采用模型预测方法,以延长系统循环使用寿命为目标,设计加权因子,根据光伏出力和负载功率需求状况,动态调节储能单元充放电速率,使系统快速跟踪总载荷电流期望轨迹,实现各电源间功率的合理分配。基于MATLAB/Simulink的仿真结果验证了所提能量管理分层控制方法的可行性和有效性,该方法具有结构简单、动态响应快、鲁棒性高、稳定性好的特点。