含超级电容的新能源直流微电网系统控制策略研究

在含新能源的直流微电网系统中,储能系统要同时具备高功率密度和高能量密度的特点,单种储能元件往往难以满足要求,蓄电池与超级电容在性能上具有很强的互补性。将蓄电池与超级电容相连接构成混合储能模块,蓄电池稳定直流母线电压以维持母线上能量供需平衡,超级电容迅速提供或吸收负载波动功率高频分量,以抑制负载或新能源功率突变对直流母线造成的冲击。提出了含分布式发电单元的微电网系统并网运行时各储能单元和直流母线电压的控制策略。实验表明,该控制策略可控制蓄电池和超级电容出力,维持直流母线电压在额定值附近小范围波动,改善系统输出电能质量,提高系统的可靠性和稳定性。     

共直流母线混合储能的协调控制策略

超级电容的功率密度高、循环次数大,蓄电池的能量密度大、储能成本较低,因此结合两种储能的优点,建立了蓄电池-超级电容共直流母线的混合储能仿真模型,采用滤波和电流滞环协调控制策略,由超级电容来平抑系统功率波动的高频分量,蓄电池负责平衡系统功率波动的低频分量。仿真结果表明超级电容能有效平抑高频波动,蓄电池运行工况良好,协调控制策略取得较好效果。     

混合储能在电力电子变压器中的应用

针对电力电子变压器PET无法有效应对电网电压中断和电压跌落的不足,将蓄电池超级电容混合储能系统HESS应用到PET中。储能系统通过双向直流变换器与PET直流侧连接,在电网电压发生中断或跌落时,维持PET低压直流侧电压稳定并向负载提供功率。分析了储能系统的工作模式并设计了直流变换器的控制策略,通过超级电容优化了蓄电池充放电过程。结果表明,应用了混合储能系统的PET具备电压和功率补偿的功能,能够消除电网电压中断和电压跌落对负载的影响,保证用电设备的安全、稳定运行。     

双向直流变换器控制方法

双向直流变换器配合蓄电池或超级电容等化学储能元件应用在具有直流母线支撑的系统中时,其主要控制目标为结合储能元件的荷电状态实现负载的稳定工作。当负载功率大于主供电功率时,控制储能元件释放能量以满足负载功率需求;当负载功率小于主供电功率时,控制储能元件吸收能量以避免母线电压上升。归纳和总结了现有的双向控制方法,详细分析了储能系统中变换器两端均为直流源的应用场合时双向直流变换器的双向切换原理,重点研究了采用带有方向信息的电感电流平均值作为电流内环、直流母线电压作为电压外环的双向控制方法。针对该控制方法中存在的母线电压波动和电池频繁充放电的问题,阐述了相应的优化措施。     

基于PCS模型的超级电容器蓄电池混合储能研究

混合储能系统(HESS)将能量型储能和功率型储能结合,充分利用不同储能设备的特性取长补短,可以适应微电网各种场合的需求。建立了混合储能系统的数学模型,提出了一种基于能量转换(PCS)模型的超级电容器蓄电池混合储能系统。采用蓄电池与超级电容分别经过双向DC-DC变换器接入直流母线并联,再经统一采用PQ控制算法的DC-AC功率变换器接入交流电网的接入方式,该结构可减少DC-AC变换器的数目。最后进行了仿真研究,仿真结果表明:该储能系统一方面满足超级电容在短时间大功率吞吐过程中的组串电压范围要求;另一方面可维持直流母线电压恒定,减小锂电池在充放电过程中的电流纹波,控制灵活性高,具有所需超级电容和电池电压等级较低、利用率高的优点。     

MRD减振控制系统的后备混合储能电源设计与仿真

针对磁流变阻尼器MRD(magnetorheological damper)减振控制系统后备电源采用单一蓄电池供电存在响应时间慢和稳定性差问题,提出锂电池/超级电容的后备混合储能电源。首先进行储能系统供电方式的选择及容量配置,然后设计了锂电池和超级电容分别串联双向DC/DC变换器进行功率分配的混合储能结构,再将负载端电流滤波后的高频分量和低频分量用来实现变换器电压电流闭环控制,最后在Matlab/Simulink中搭建混合储能仿真模型,进行输出响应和脉冲功率扰动仿真,对单一锂电池储能和混合储能电源进行性能比较。结果表明,混合储能电源的输出响应时间可达毫秒级;超级电容能提供80%起始功率,并且在脉冲功率扰动下补偿波动功率,以维持母线端稳定,满足MRD减振控制系统的实际工程需求。     

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。     

Cuk变换器在独立光伏发电系统抗扰性优化中的应用

在蓄电池／超级电容混合储能独立光伏发电系统中,为了减小系统体积及提高系统抗扰性,采用单向Cuk变换器代替传统Boost变换器实现光伏电池最大输出功率点追踪,采用双向Cuk变换器代替传统Buck／Boost双向变换器连接储能系统与直流母线。系统仿真分析结果表明,当光伏电池输出功率波动及负载发生突变时,在稳定母线电压及平抑负载功率波动方面,Cuk变换器均有明显优势。     

基于模糊控制的电动车双向DC-DC变换器研究

为了延长车辆续航里程,提高蓄电池的使用寿命,使用超级电容作为辅助的能量源,控制超级电容的双向DC-DC变换器对直流母线进行能量的回馈和补充,提高了电动车电源系统效率。根据蓄电池和超级电容的剩余电量及负载瞬态功率需求,提出了一种模糊控制器改善双能量电动车DC-DC变换器性能的方法。模糊控制器根据车辆运行的不同工况,自动地决策出一个合理的输出电流,进而控制双向半桥Buck/Boost式变换器的电流环。实验结果说明了控制系统具有良好的动态性、可行性、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。