有轨电车混合动力系统能量交互型管理策略与容量配置协同优化研究

能量管理策略和容量配置是有轨电车混合储能动力系统设计的关键环节,其结果直接影响有轨电车的运行性能和经济效益。本文提出一种改进后带有能量交互状态的能量管理策略,根据实际车辆与线路要求,以重量最轻为优化目标进行容量配置优化,对比说明改进策略中电池与超级电容能量交互的优越性,并在实验平台上进行验证。仿真和实验表明,改进后的能量管理策略减轻了储能系统的重量,使储能系统在极端情况下能够正常运行。     

储能式有轨电车车地一体化配置模型

为了实现储能式有轨电车系统的经济运行,提出一种新型的联合车载储能系统配置和地面充电站容量的优化配置方法。基于车辆运行工况和充电站能量效率,推导包含储能系统全寿命周期与能量补给的综合成本函数,结合粒子群算法构建优化配置模型。进而对比现有纯超级电容储能的"站站充"运行模式,从经济性的角度分析混合储能方案的优势。为了兼顾混合储能系统配置和充电站容量,采用的模糊控制不仅能合理地分配系统功率,还能调节超级电容的放电深度。最后,通过对实际工况进行算例分析,仿真结果证明了所提优化配置模型的有效性。与纯超级电容方案相比,混合储能方案在日均综合成本上降低了15.6%,对充电站容量的需求降低了68%。     

基于模糊控制的电动汽车混合储能系统

将具有高功率密度的超级电容器和高能量密度的蓄电池组成混合储能系统,可以提高电动汽车能量系统的性能。建立了混合储能系统的模型,采用模糊控制的方法管理能量,针对正常行驶和回馈制动两种情况下储能系统能量的分配情况,对电动汽车混合储能系统进行了研究和仿真实验。实验结果表明,运用模糊控制可以合理分配系统的能量,超级电容的引入大大提高了电动汽车的功率输出能力,优化了蓄电池的放电过程,并且可以迅速吸收回馈制动的能量,具有较好的技术性能和经济实用性。     

地铁车辆再生制动混合型储能回收装置研究*

针对地铁运行站间距短,车辆频繁启动、制动运行,导致再生制动时产生大量的能量,可通过超级电容加电阻混合型储能装置吸收贮存,提出基于混合型储能装置的再生制动能量回收控制策略,即地铁制动时超级电容充电回收再生制动能量,地铁启动时超级电容放电回馈储存的能量.分析了超级电容储能的充放电控制策略,并通过MATLAB/Simulink仿真验证了混合储能装置能有效抑制地铁牵引供电系统中的电压波动.     

混合储能多目标容量优化配置

针对蓄电池和超级电容混合储能系统的容量配置,提出了混合储能系统多目标容量优化配置模型,该模型以经济成本、供电可靠性、能量过剩和供需平衡为目标,以蓄电池的SOC、超级电容的端电压和最大功率为约束,同时考虑能量控制策略的影响,应用改进粒子群优化算法同时对蓄电池和超级电容的容量和功率进行设计,并通过仿真验证了所提多目标容量配置算法的快速收敛性和可靠性。     

平抑风电波动的混合储能容量配置及控制策略

为了平滑风电场输出功率,降低风电波动对电网造成的冲击,利用能量型储能元件电解槽与功率型储能元件超级电容相结合形成的混合储能系统对风电波动进行平抑。首先对大量时间片段内的储能出力进行概率统计分析,通过并网功率波动率在风电波动限值范围内的概率变化评估风电波动平抑效果,将给定置信水平的输出功率作为混合储能额定功率。在此基础上,通过考虑经济性的自适应滑动窗口算法将混合储能功率分解,进而确定超级电容的额定容量以及电解槽的额定功率,实现了兼顾经济性和波动平抑效果的容量配置。其次,依据超级电容的荷电状态、电解槽额定功率、储能系统总体功率指令制定混合储能系统的运行控制策略。最后结合风电场实际运行数据,仿真验证了所提方法可以实现功率分配、保证储能各元件正常运行,同时有效降低了风电输出功率的波动。     

基于加速时间预测的现代有轨电车储能系统能量管理与容量配置优化研究

电池寿命过短和配置空间有限是现代有轨电车储能系统应用存在的重要问题,给其能量管理策略和容量配置方法的设计带来了挑战。该文首先对影响电池寿命的因素进行了分析,建立了寿命估计模型。针对电池与超级电容混合储能系统,提出了基于加速时间预测的能量管理策略:根据车辆加速时间计算超级电容的实际可用功率,进而决定电池和电容的功率分配。该策略基于有轨电车运行周期性确定加速时间预测窗口,并充分考虑超级电容放电时间。仿真和实验验证了该策略具有充分利用超级电容能量和减弱电池寿命衰减的良好效果。同时,分别基于基本阈值策略和加速时间预测控制策略进行优化容量配置,分析不同控制策略对容量配置结果的影响。结果表明该文的策略通过降低超级电容的配置要求以及延长电池寿命实现了全寿命周期成本的降低。     

混合动力客车用大功率无刷直流电机电动及再生制动研究

按照混合动力客车的要求,设计了以DSPIC30F3011作为中央处理器的大功率无刷直流电机驱动系统。该系统设计为转矩控制方式,为混合动力客车提供启动、助力和制动转矩,并且在制动时将能量回馈给超级电容。介绍了该大功率无刷直流电机控制系统的构成特点和设计方法,给出了系统框图,并进行了电动和再生制动原理分析,实验结果表明,该驱动系统可以实现对电动转矩控制并且能够回馈能量至超级电容,可以很好地满足混合动力汽车的驱动要求。     

纯电动汽车复合储能系统及其能量控制策略

针对纯电动汽车行驶里程不足、蓄电池使用寿命短等问题,研究了由蓄电池、超级电容和双向DC-DC变换器组成的复合储能系统。为实现能量的合理分配,分别制定了逻辑门限控制策略和模糊控制策略。利用电动汽车仿真软件搭建了整车仿真模型,从而进行仿真研究。得出复合储能系统中蓄电池电流、超级电容电流和蓄电池荷电状态特性曲线,并与蓄电池单独供电的仿真结果进行对比。为验证复合储能系统控制策略的可行性和有效性,搭建了复合储能系统实验平台,对纯电动汽车的驱动与制动过程进行实验研究。仿真和实验结果表明复合储能系统及其控制策略能有效地降低蓄电池充放电电流,回收制动能量,提高纯电动汽车行驶里程。     

基于模糊控制策略的超级电容节能电梯研究

在分析电梯变频调速及工作过程中能量流向的基础上,针对电梯回馈能量的回收利用,设计了一种利用超级电容节能的拓扑结构,并提出了一种基于模糊控制的控制策略,采用Matlab/simulink软件进行了仿真,仿真和实验结果都表明超级电容储能的节能系统能够在电机制动时回收制动能量,从而验证了这种节能方案的可行性和基于模糊规则的能量管理方法的有效性。     

超级电容储能式电梯应用研究

针对现有的回馈并网型电梯节能技术存在的并网谐波及干扰的不足,设计了基于超级电容储能装置的储能式电梯系统。通过双向DC-DC变换器实现电梯回馈能量的存储与再利用;同时针对电梯系统,对超级电容储能装置的参数设计并给出了分析方法。仿真及样机实验结果表明,该系统能够实现回馈能量的有效利用,节能效果达到26%,并且保持原转矩和速度的平稳性,超级电容储能装置未对原有电梯系统的舒适性和安全性造成影响。     

考虑荷电状态的光伏微电网混合储能容量优化配置

储能系统容量优化配置是提高系统稳定性、降低微电网成本的有效措施之一。本文提出了一种考虑荷电状态的能量管理策略,对光伏微电网混合储能系统进行容量配置。首先,综合分析微电网运行的稳定性和经济效益,以全生命周期费用和买卖电量费用之和最小为目标,建立含超级电容和蓄电池的光伏微电网储能模型。其次,结合光伏可供能量和负荷需求功率,应用改进能量管理策略和粒子群算法,建立光伏微电网混合储能系统（HESS）容量配置双层优化模型。最后,以某地实际数据为例对优化问题进行求解,将优化结果与传统储能配置方法进行对比,验证了所提方法的有效性,为光伏微电网混合储能系统容量优化配比提供参考。     

基于切换系统的储能节能系统双向DC-DC变换器建模与控制

吸收利用制动状态电机回馈再生电能已成为电机系统节能的重要途径.采用超级电容储能的节能系统,能够通过回收电机制动时的再生能量实现系统节能.本文通过分析超级电容储能节能系统结构,得出储能系统等效电路;在此基础上建立了用于储能节能系统的双向DC-DC变换器切换系统模型,构造系统的Lyapunov函数,并以此推导出系统切换控制律.在储能和放电两种工况下的仿真结果表明,系统能够完全吸收并利用电机回馈再生电能,保持直流母线电压稳定,实现系统节能.     

超级电容储能装置在电梯中的研究与实现

研究了超级电容储能装置在回收利用电梯制动能量方面的应用.电梯在运行过程中的母线电压波动较大,因而会对电网造成较大冲击,尤其是在能量回馈时,对用户配电系统造成较大扰动,危害了电力系统的安全运行.此处提出采用基于双向直流变换器的超级电容储能装置解决上述问题,并对其工作原理进行了分析,最后通过实验验证了方案的可行性.     

超级电容储能和卸荷电路协调控制的永磁同步风电机组低电压穿越策略

针对永磁同步风力发电机组的低电压穿越问题,结合超级电容储能与卸荷电路的优点,提出了一种超级电容储能和卸荷电路协调控制的低电压穿越策略。当低电压故障发生时,在机组变流器的直流侧同时投入卸荷电阻和超级电容储能系统共同吸收故障期间的不平衡功率。在故障清除后,超级电容储能系统根据网侧变流器的运行状态将故障期间吸收的能量回馈电网。仿真结果表明,所提协调控制策略能在保证机组可靠实现故障穿越的同时,降低超级电容的设计容量和成本,并提高风能的利用率。     

分布式电驱动车辆回馈制动控制策略研究

回馈制动能有效提高分布式电驱动车辆的能量效率。论文分析了分布式电驱动车辆回馈制动系统的结构、电机的性能及制动法规的约束条件,提出了基于非线性规划方法的最大能量回馈制动控制策略,并结合回馈制动系统的特性分析了制动力分配的特点。通过仿真分析了典型制动过程及典型工况循环的制动能量回收效果,结果表明,与理想制动力分配策略相比,本文提出的回馈制动控制策略能获得更高的能量回收效率。     

城轨交通牵引供电系统参数与储能系统容量配置综合优化

在城轨交通中安装地面式超级电容储能系统将有效回收列车再生制动能量,降低系统运行能耗。各个变电所、牵引/制动列车与储能系统通过牵引网进行实时能量交互,组成一个复杂的多能源耦合系统,因此,为了提高牵引供电系统的整体能量效率,减少投资成本,该文提出供电系统参数与储能系统容量配置综合优化方法。首先建立不同列车运行场景的等效电路模型,分析变电所空载电压和制动电阻启动电压对变电所、牵引/制动列车与储能系统之间能量传递效率与有效传输距离的影响;其次,建立以系统能耗和配置成本为目标的多目标优化问题,将NSGA-II优化算法与城轨牵引供电潮流计算相结合,对供电系统参数与储能系统容量配置进行综合优化;最后,基于北京地铁八通线算例,求解综合优化的帕累托最优解集。结果表明,相比于单一储能系统优化,综合优化在投资成本相近的情况下有效提高了储能系统的节能率。     

基于统计学方法的微网混合储能容量优化配置

混合储能系统是微网中平抑功率波动的关键组件,为微网配置适当的储能容量可有效提高系统的经济性。提出了混合储能系统容量优化配置的一种统计学方法。该方法提出了基于频谱分析的功率分配策略,并与频率滞环控制相结合。功率分配策略协调蓄电池和超级电容器的运行,改善了蓄电池的运行环境;频率滞环增加了蓄电池的使用寿命。该方法还探索了超级电容器、蓄电池的容量配置子算法。此外,对统计模型进行蒙特卡洛仿真,获得了混合储能系统的容量概率分布,确定了不同累计概率水平下的混合储能系统的容量。仿真结果验证了所提方法的合理性和经济性。     

基于改进NSGA2算法的混合储能系统容量优化配置

由于储能系统能够快速地补偿系统所需的能量,在风电场侧安装混合储能装置,可以有效减小风电功率波动对电力系统运行的稳定性和可靠性造成的影响。为了使各储能元件能发挥其工作特性优势,制定了超级电容优先充放电,蓄电池再进行充放电的协调控制策略;考虑到混合储能系统的容量配置问题,建立了以混合储能系统的成本、风电功率输出平滑率以及蓄电池的充放电次数为目标的混合储能系统多目标容量配置模型;针对传统优化算法的目标权重人为选择及常规NSGA2算法的局部收敛等问题,将改进NSGA2算法用于混合储能系统容量的多目标优化配置,得到混合储能系统的最佳容量配置方案。最后,通过仿真算例,验证混合储能控制策略和容量配置方法的有效性。     

车载复合电源回馈制动的模糊控制方法研究

针对混合动力汽车续航能力不足的缺陷,采用蓄电池与超级电容结合的复合电源作为车载电源,并在汽车制动过程中对车载电源进行充电。以"电容电量低,电池少充电;电容电量高,电池多充电"为原则,采用模糊控制策略对回馈能量进行管理。在Matlab/Simulink中搭建模糊控制下的车载复合电源回馈制动模型。仿真结果表明,该方法能够有效管理回馈制动过程的能量分配,延长汽车续驶里程,改善汽车燃油经济性并减少排放。