基于超级电容储能的新型铁路功率调节器协调控制策略设计

为综合解决牵引供电系统电能质量问题,并提高电力机车再生制动能量利用率,在铁路功率调节器中增加超级电容储能系统,提出一种基于超级电容储能的新型铁路功率调节器。为进一步提高该拓扑结构的再生制动能量利用率和削峰填谷的控制精度,并有效控制超级电容的充放电,从而减少系统损耗,深入研究超级电容与铁路功率调节器之间的功率转移特征,通过构建两种控制方式的等效电路,对比分析两种控制方式精度问题和超级电容放电失控问题,进而提出基于超级电容储能的新型铁路功率调节器协调控制策略。仿真结果证明了所提协调控制策略的正确性及有效性。     

超级电容储能的并联电能质量调节器

提出了一种应用超级电容作为储能元件、综合改善电能质量的并联型电能质量调节装置。装置在系统正常运行条件下可以滤除负荷产生的谐波、补偿无功功率，而且利用超级电容极高的功率密度，补偿负荷的快速波动功率，使电源侧只需向负荷提供单位功率因数、预先设定的恒定有功功率。当系统发生短时供电中断时，装置的电源侧配置的固态高速开关动作，使其和负荷脱离系统，装置发挥UPS的作用，向负荷短时提供全部功率。仿真研究表明，并联电能质量调节器在有效改善负荷品质，提高电能质量的同时，增强了负荷的供电可靠性。     

一种具有实用拓扑的综合电能质量调节器的仿真和实验研究

提出了一种基于超级电容的新型电能质量调节器的实用方案。调节器拓扑采用双变换模式,输入侧采用12脉动多相整流,一是可以有效减小输入侧谐波电流,提高直流母线电压,二是多相整流的两套整流器中点直接将上下直流电容电压钳位在整流输出电压,省略了对直流电容的均压控制。超级电容模块接在直流母线上,在系统发生短时供电中断或电压暂降时,由超级电容向负载提供有功支持。研制了15kVA基于超级电容储能的新型综合电能质量调节器实验室样机。数字仿真及物理实验验证了所提拓扑结构和控制策略能够有效消除短时供电中断等电能质量问题的影响。     

文摘

含超级电容储能系统的统一电能质量调节器的研究[中]／吴姗姗,韩冬,李金鹏,崔新振∥陕西电力．2013（10）．-57～60 将储能技术与电能质量控制技术结合起来,介绍一种含超级电容储能系统的新型电能质量调节装置。对其工作原理进行分析,提出一种基于广义瞬时无功功率理论的检测方法,利用定时比较控制方式和空间矢量控制方式对该调节器串、并联补偿单元进行控制,对超级电容储能系统采用电压外环和电流内环的双环控制方式。Matlab仿真实验证明该装置能够很好的补偿电压、电流谐波,解决电压跌落等电能质量问题。     

基于直流隔离单元的单相统一电能质量控制器

本文提出了一种新型的单相统一电能质量调节器拓扑结构,该结构采用直流单元多组电容并联的方法来进行系统和装置间的隔离以取代传统的变压器隔离的方法。文中分析了这种结构的直流储能单元功率传递的原理,给出了参数设计的基本方法。给出了该装置并联单元、串联单元及直流单元的控制方法。文末给出了该拓扑的统一电能质量调节器的仿真及实验结果,证明了该拓扑的实用性和控制方法的有效性。     

一种新型的单相统一电能质量调节器

介绍了电能质量问题的分类以及相应的电能质量调节装置,简单说明了统一电能质量调节器拓扑结构和功能。在此基础上提出了一种新型的单相统一电能质量调节器的结构,该结构采用直流单元多组电容并联的方法来进行系统和装置间的隔离以取代传统的变压器隔离的方法。分析了这种结构的直流储能单元参数的设计和基本的控制方法,给出了该装置确定串联参考电压和并联参考电流的方法。最后给出了基于该拓扑的统一电能质量调节器的仿真结果,很好地证明了该拓扑的实用性和控制方法的有效性。     

基于超级电容器储能的UPQC工作条件及控制策略

为处理常规统一电能质量调节器(UPQC)难以解决的电源瞬时中断或电压暂降较深的问题,提出利用超级电容器储能系统(SESS)构成UPQC的直流储能单元。针对基于SESS的UPQC拓扑结构,研究UPQC单元优化配置的影响因素和目标函数,得出UPQC系统级功率流协调控制的最佳工作条件;分析SESS的主电路结构特点和性能,确定储能单元的容量和SESS控制策略;根据UPQC串、并联变流器的工作要求,提出基于PI控制和重复控制的UPQC单元级控制策略。仿真与实验分析结果表明,所提出的拓扑结构和控制策略在达到电能质量治理目标的同时,实现了UPQC串、并联变流器以及SESS协调控制。     

超级电容器储能系统的应用研究综述

超级电容器储能对于平滑、缓冲不稳定电能需求,改善电能质量具有重要意义。这里从基本特性、模型研究、功率变换、控制策略及容量确定、系统综合优化与评估几个方面综述了超级电容器应用领域的研究现状,总结了各类超级电容模型、功率电路拓扑、非线性控制策略的特点。指出应通过系统的优化评估实现超级电容器储能系统整体性能的改善、储能利用率的提高以及构建成本的下降。     

一种基于超级电容储能系统的新型铁路功率调节器

在采用铁路功率调节器解决电气化铁路电能质量问题时,为了提高再生制动能量的利用率,提出一种由铁路功率调节器和超级电容储能系统构成的新型储能式铁路功率调节器。该系统不仅能实现两供电臂能量双向流通,还能通过铁路功率调节器和储能系统的协调控制,提高再生制动能量利用率并实现削峰填谷功能。首先分析系统工作原理,构建再生制动工况下的等效电路,推导再生制动能量利用率表达式;然后分析该系统能够提高再生制动能量利用率并实现削峰填谷功能的原因;最后搭建仿真模型和实验平台,多种工况下的实验结果表明了所提新型补偿系统的正确性及有效性。     

用于供电品质改善的多功能三电平混合储能变流器设计研究

分布式储能具备灵活的电能调控特性,利用其接口变流器的可控性可以实现对诸如无功、三相不平衡等稳态扰动和电压暂降、供电中断等暂态扰动的治理,从而以多功能的形式减少电网扰动、改善负荷供电品质,有助于提高分布式储能系统的应用效能。为实现该目标,提出一种多功能三电平混合储能变流器,以两级式三电平拓扑为载体提升系统电能变换效率,以超级电容和储能电池的混合接入为手段实现暂态/稳态性能的综合优化,以多功能控制及其平滑切换策略的设计实现稳态及暂态电能质量问题的高效治理。仿真和实验验证了所设计系统在改善供电品质方面的可行性和有效性。     

基于单周控制的新型环保储能式辅助开关电源

提出一种基于单周期控制超级电容器储能的单相并联型辅助电源装置.该电源装置在系统正常运行条件下具有并联型有源滤波器的滤波功能及动态无功补偿功能.当负荷由重载突变为轻载,甚至空载时,它能快速吸收突减的有功功率,当系统发生大的波动或短时供电中断时,它可向负载短时提供全部功率.实验研究表明,该装置能有效改善负荷品质,提高电能质量,增强负荷供电的可靠性.     

A Novel Delay-less Control of Unified Power Quality Conditioner to Enhance Power Quality in Power System

In this article, an analytical and delay-less model for the unified power quality conditioner is proposed to improve electrical power quality in power systems. The designed model includes a shunt active filter, series active filter, and common DC link, which is capable of improving power quality parameters in different conditions. The proposed control is based on a combination of the rotating reference frame theory and least mean square method that (1) can enhance power quality, including reduction of the voltage and current harmonics, voltage flicker, and reactive power of system, and (2) has no delay in the reference current generation. The DC link is also designed in a manner that capacitor voltage has a stabilized voltage in all instants. In addition, fundamental frequency estimation is employed to control frequency changes in the control system. For testing the proposed method in the worst conditions, the electric arc furnace load based on an actual stochastic arc that can generate almost all electrical power quality parameters is taken into account for the power system. The validity of proposed method is analyzed by comparing different existing control methods of the unified power quality conditioner. The simulation results show the accuracy of the control system.     

压缩空气与超级电容混合储能膨胀发电系统建模与最优跟踪负荷控制

为了提升可再生能源的利用率并提高电网质量,采用超级电容和压缩空气相结合构成混合储能系统,通过详细介绍各部分结构和工作原理,建立了储气室、涡旋膨胀机、永磁发电机的状态空间表达式与石子填充床蓄冷蓄热模型的传递函数。基于最优跟踪技术,为超级电容控制单元-Boost变换器设计了状态反馈精确线性化控制率。针对启动与突加负载时刻超级电容单元快速补偿电网负荷进行了仿真研究,并基于某地24小时的电网负荷曲线进行了混杂系统最优跟踪负荷的仿真实验。实验结果表明,最优跟踪控制器对于基于超级电容和压缩空气混合储能的发电系统具有很好控制效果。     

基于超级电容储能的动态电压恢复器研究

针对微电网电压闪变问题,研究了基于超级电容器储能的新型动态电压恢复器(DVR)系统。通过引入超级电容器储能,有效的利用了超级电容器极高的充放电能力和电荷储存能力,使动态电压恢复器在补偿电压时能快速提供稳定的电压。此外,通过研究基于超级电容的动态电压恢复器的控制策略,采用前馈加反馈的双闭环控制,引入了电容电流反馈,提高了系统的动态响应速度和控制精度。由于直流电源放电功率的提高,动态电压恢复器适用于频繁出现电压跌落的微电网线路,并且对阻性负载和阻感性负载有较好的适应性。仿真结果验证了理论分析的有效性和正确性。     

基于状态变量反馈的并联型综合电能质量调节器控制方法

分析了仅由1套逆变器构成的并联型综合电能质量调节器的结构特点和控制目标,提出了一种基于状态变量反馈的系统控制方法,通过控制电源电流来间接控制负载电压,很好地解决了常规比例–积分控制时电源和负载间的连接电感所导致的供电电流直流暂态分量不衰减的问题。运用Matlab分别对系统接线性和非线性负载的情况进行仿真,验证了该控制方法的正确性和有效性。     

海岛直流微网复合储能系统控制策略设计与实现

针对海岛直流微网中发电微源输出功率不稳定造成的母线电压大幅度波动问题,基于300 kW海洋能集成供电系统的功率输出特点,采用由蓄电池和超级电容组成的复合储能系统,对其3种拓扑结构进行了对比分析,优选了对该供电系统而言最佳的拓扑结构,并提出了一种新型复合储能协调控制策略。该控制策略依据母线电压的3个阈值将系统划分成5个工作区域,储能系统依据直流母线电压值实现充放电工作模式的自动识别和切换;以蓄电池为主要出力单元,避免超级电容的频繁投切,减少不必要开关动作造成的系统谐波。利用搭建的实验平台验证了所述控制策略的有效性和可靠性。     

考虑负载变化率的混合储能分频控制优化策略

传统混合储能多采用直流母线响应高频负载,超级电容响应中频负载,蓄电池响应低频负载的分频控制,并未考虑负载变化率问题,本文首次提出考虑负载变化率的混合储能优化分频控制。首先根据储能元件Ragone曲线,选择能够覆盖负载频率变化范围最大的超级电容和铅酸电池作为混合储能元件。然后进行混合储能优化分频控制策略的设计,该控制策略采用基于分段函数的功率一次分配和基于分频控制的功率二次分配,且能够提高混合储能响应负载的精度。最后通过仿真实验将所搭建模型应用于居民区微电网负荷削峰,结果与理论分析一致,验证了该控制策略的正确性。     

脉冲电源储能电容反向充电电压释放方法

在放电主开关放置于储能电容支路的脉冲功率电源放电过程中,储能电容存在反向充电现象,反向电压无法释放,影响储能电容的使用寿命,并降低了脉冲功率电源的使用效率。在详细推导电容储能型脉冲功率电源放电过程的基础上,分析影响储能电容反向充电电压的因素,讨论降低储能电容反向充电电压的途径,将放电主开关放置于负载支路的电路结构,实现了储能电容反向充电电压的释放。仿真和实验结果表明:调整放电开关位置后的脉冲功率电源负载电流特性与调整前基本一致,完全满足电磁发射的需求;同时,反向电压的及时释放提高了储能电容的使用寿命,增加了电磁发射系统的效率。     

馈线终端装置工作电源及被控开关电源的探讨

介绍了目前配电网中馈线终端装置(feeder terminal unit,FTU)及被控开关的3种普遍供电方式,分析了其存在的缺陷,并且针对这些问题提出了2种电源方案,分别是电流互感器(current transformer,CT)电源方案和基于超级电容器-蓄电池的混合电源方案。CT电源方案是从CT采集能量,为FTU和被控开关提供电源,具有较高的性价比;基于超级电容器-蓄电池的混合电源方案综合利用蓄电池放电时间长和超级电容器储能巨大的特点,在线路故障时由蓄电池提供FTU工作电源,由超级电容器提供被控开关的操作电源。