新型复合电源构型功率分配仿真研究

提出一种新型主动复合电源构型。采用一种新型的拓扑结构,利用单向DC/DC转换器来实现更高效率的功率分配方法。新型主动复合电源拓扑结构包括蓄电池、2个单向DC/DC转换器、超级电容器、逆变器,并选用模糊控制作为此拓扑结构的控制方法。通过ADVISOR进行仿真,结果表明工况结束时蓄电池拥有更多的剩余电量,从而可以提供更长的续航里程,超级电容器的回收峰值电流更高,蓄电池在工作时产生的电流幅值更小,保护了蓄电池的健康状态,从而实现了该结构对于超级电容器和蓄电池功率的准确分配。     

高比功率复合电源

介绍了一种将电容器与蓄电池组合成的复合电源 ,该复合电源充分利用电容器具有的高比功率输出特性为负载提供瞬间大电流 ,同时还利用蓄电池的储能特性 ,在电容器放完电后为其充电。它可为负载提供大电流脉冲放电。其原理是电容器充电时 ,电压UC 以指数形式趋近于它的最终恒定值US,电容器对负载放电时 ,电容上电压UC 从U0 按指数规律衰减 ,电流I则从 0跃变到U0 /R后按同一指数规律衰减 ,选择合适的时间常数τ ,就可以调整放电电流的大小和放电电压的高低 ,在短时间内提供较大的输出功率 ,而其本身并不消耗能量。利用电容器这一特性 ,把它和化学电池结合起来 ,组成了具有较高比功率的复合电源。     

基于ADVISOR的混合动力复合电源二次开发

为满足对蓄电池-超级电容复合电源的性能仿真,通过分析蓄电池-超级电容并联工作原理,利用汽车仿真软件ADVISOR对复合电源进行二次开发。给出了复合电源二次开发的结构模型,并提出了模型内部各模块的开发方法。在并联混合动力汽车上对复合电源进行仿真分析。仿真结果表明:对复合电源的二次开发是可行的,且蓄电池-超级电容联合供电使得蓄电池峰值功率得到明显改善。     

基于超级电容与蓄电池复合动力电源的研究

作为化学储能的主要方式,蓄电池在功率密度、充电速度、能量转换效率、寿命等方面存在着严重的不足,致使许多以蓄电池为主动力的新型产业存在着技术瓶颈。而超级电容作为一种新型的储能方式,恰恰在这些方面具有优良的特性,与蓄电池形成了良好的性能互补。通过分析这两种电池的基本性能,设计了以蓄电池为主动力系统,以超级电容器为辅助动力系统的复合电源,阐述了复合电源的拓扑结构及功率分配控制方法。研究结果表明:采用复合电源工作的电源设备,相比于单一蓄电池电源的情况,具有更好的动力性和可靠性,同时还具有蓄电池的保护作用,有效地提高了系统的寿命。     

基于混合储能的微电网功率控制策略

微电网中间歇式微电源输出功率较大的不确定和波动,给微电网孤网运行时的电能质量和并网运行时的功率可调度控制带来了巨大的挑战.采用单一的储能系统平滑功率波动,不仅无法很好解决上述两种问题,且不利于延长储能元件的寿命.文中利用超级电容的高功率密度、快速充放和蓄电池适于平抑长周期功率波动的特点,提出了基于超级电容和蓄电池组成的混合储能系统及相应的控制策略,微电网孤网运行时采用超级电容平滑波动频率较高的功率,并网运行时结合蓄电池平抑频率较低的功率,通过两者的共同作用提高了微电网孤网运行的电能质量与并网运行的可调度性,同时避免了蓄电池频繁充放电.在PSCAD/EMTDC中建立微电网仿真模型,验证了所提出的混合储能结构及其控制策略的可行性.     

混合动力汽车复合电源的设计

在运用混合动力汽车(HEV)电池和超级电容(UCs)的基础上,设计了一种新型的超级电容-蓄电池复合电源的HEV控制系统(包括一个DC-DC转换器)。在高功率需要时,UC通过DC-DC与电机相连。实验结果表明,该复合电源电动车能兼顾蓄电池和超级电容的优点,可以更好地满足电动车启动和加速性能的要求,并能提高电动车制动能量回收的效率,增加续驶里程,降低了起动污染物的排放,提高了燃油的经济性。     

复合电源在发动机启动中的实验及研究

为提高发动机启动性能,改善汽车启动时蓄电池电流过大的问题,研究了超级电容-蓄电池组成的串联式和并联式复合电源。超级电容通过控制器与汽车蓄电池串联形成串联式复合电源,通过与汽车蓄电池并联形成并联式复合电源。在某1.5 L汽油机上进行启动实验,实验结果表明,复合电源能有效降低蓄电池峰值电流,明显降低铅蓄电池的电压降,同时启动时间明显降低。与串联复合电源相比,并联式复合电源在改善蓄电池电流过大方面更明显。     

电动汽车充电站功率和时间分配控制策略

即插即充的无序充电会对电网稳定性造成巨大威胁,基于此,建立了充电站综合控制系统。针对充电规划时需考虑功率分配和电池充电特性,提出了一种充电站功率和时间分配控制策略。该策略通过理论建模将充电控制过程转化为微小时间段的近似线性规划问题,经系统测试,可在满足用户基本充电要求的情况下,尽量减少对电网稳定性和电池寿命的影响。     

超级电容器蓄电池混合电源

超级电容器与蓄电池混合使用,可以充分发挥蓄电池比能量大和超级电容器比功率大、循环寿命长的优点,大大提升混合电源的性能。建立了蓄电池超级电容器并联的数学模型,定量地分析了混合电源性能的改善及其影响因素。对直接并联、通过电感器并联和通过功率变换器并联三种结构进行了研究和实验验证。实验表明,混合电源的功率输出能力大大提高了,蓄电池的放电过程得到了优化;通过功率变换器的并联结构具有较好的效果和实用性。     

适用于风电功率调控的复合储能系统及其控制策略

复合储能系统能够发挥不同储能方式的优势,有效提高储能系统的综合性能。针对并网风电功率调控目标,考虑不同储能方式的特性,构建一种基于蓄电池和飞轮储能的复合储能系统结构和数学模型,并重点研究其控制策略。通过合理设计中央管理层的控制策略,可以保障复合储能系统安全稳定运行,并对其吞吐功率进行优化,从而能够提高风电功率的调控效果;对于储能单元控制器,提出了蓄电池的功率和能量两种激活模式,并结合多模态电流滞环控制方法,实现功率在复合储能系统的各储能单元间合理流动。仿真结果表明,所提复合储能系统及其控制策略是可行有效的。     

基于风电功率预测的复合储能超前优化控制策略

超短期风电功率预测的可靠性及精度均逐步提升,文中将其引入风电场复合储能系统(HESS)控制过程,并利用预测功率信息提出了HESS超前优化控制策略。通过相邻充放电区间时长的概率分布统计,确定预测信息的时长区间,并将其作为优化控制策略中的超前控制时间区间;通过分析影响HESS运行效率的主要约束,构建了高效的HESS充放电控制策略;以荷电状态偏移方差最小为目标函数,构建HESS各存储介质同步启动情况下的优化控制模型,并考虑充放电功率和容量限值约束,获取未来时间区间HESS介质的充放电功率控制模式;最后,给出了求解算法和实现步骤。以实际风电场运行数据进行算例分析,计算结果表明本文所提方法可有效实现HESS的高效控制,具有一定实际应用价值。     

采用自适应小波包分解的混合储能平抑风电波动控制策略

采用蓄电池和超级电容构建混合储能系统以平抑风电场输出功率波动,实现风电平滑并网。首先,针对不同风电出力场景下风电功率的波动特性,结合风电并网波动标准和混合储能系统性能特点,实现风电功率的自适应小波包分解和储能初级功率分配,得到风电并网功率和混合储能初级功率指令;其次,在混合储能系统内部,根据超级电容的荷电状态,利用模糊优化控制对蓄电池和超级电容的功率指令进行二次修正,得到优化后的混合储能功率分配指令。算例分析表明,所提策略能够自适应地实现风电功率的最优分解和合理分配,确保混合储能荷电状态工作在合理区间,有效改善风电输出功率波动平抑效果,保证混合储能系统长期稳定运行。     

直流微网中混合储能系统的无互联通信网络功率分配策略

直流微网中通常采用混合储能系统作为缓冲环节,对分布式能源和负载引起的不同时间尺度功率波动进行补偿。为实现功率在能量密度型储能元件和功率密度型储能元件之间合理分配,提出无互联通信网络的分层控制策略。其中,底层控制以电压变化率作为虚构的信息载体,通过设置不同储能接口变换器输出电压关于功率的"灵敏度",确保超级电容在负载突变瞬间能够提供大部分功率;二次控制对底层控制产生的稳态误差进行补偿,以实现输出电压稳定,并保证超级电容稳态电流为零。在此控制框架下,各储能单元仅需本地信号即可实现自主协调运行,避免了互联通信网络所带来的经济性和可靠性问题。最后,实验结果验证所提方法的可行性和有效性。     

微电网中混合储能系统的小波包-模糊控制策略

为了充分发挥混合储能系统（hybrid energy storage system, HESS）在微电网中的应用优势,提高微电网运行的经济性和可靠性,提出了HESS的小波包-模糊控制策略。在平抑可再生能源输出功率波动的基础上,分别考虑并网时功率交换的实时电价和孤岛运行时的缺电量,建立起并网经济性评价指标和孤岛负荷缺电指标。对间歇性微电源进行小波包分解以获得HESS的初始充放电指令,由超级电容器承担网内瞬时功率波动的平抑任务,以网内不平衡功率对蓄电池充放电指令进行修正,再通过模糊控制获得蓄电池充放电的最终指令。最后,以风光燃储微电网为例验证了所提控制策略的有效性。     

基于动态小波分解的混合储能系统平滑控制策略

为平抑分钟级的功率波动,使风电功率满足并网标准,基于小波分析提出功率分配数动态变化的混合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)控制策略。设计了功率分配数根据风电功率超短期预测结果和HESS的荷电状态(state of charge,SOC)动态调整的分频方法,从而改变并网的低频目标功率和需要蓄电池、超级电容平抑的中、高频功率;建立兼顾HESS控制成本、功率平滑度的多目标优化函数,并应用改进的NSGA-Ⅱ算法对功率分配数进行滚动优化,从而达到最优控制;针对基本NSGA-Ⅱ算法在维持种群多样性、均匀性上的不足,以及种群规模大的问题,对精英保留策略进行了改进。最后,通过美国某州风电场实际观测数据进行实例验证,结果表明,所提控制策略能充分发挥不同类型储能的优势,经济、快速地平抑风电功率波动。     

平抑光伏并网功率波动的混合储能系统优化调度策略

提出了一种光伏(PV)的最大功率跟踪工作点控制和混合储能系统(HESS)协调平抑光伏并网功率波动策略,通过PV和HESS间的密切配合,能有效将PV并网功率波动抑制在电网可接受范围内。采用了多目标非线性约束模型对HESS中电池和超级电容的充放电功率进行优化调度,调度过程中充分考虑了HESS的寿命、偏离校正以及充放电效率;给出了基于滑动平均算法的PV的最大功率跟踪工作点动态控制方法。此外,采用K均值聚类算法构建了3种典型的PV功率波动场景,对所提策略和利用HESS平抑PV功率波动的传统策略进行了对比分析,结果表明:所提策略既能取得良好的平抑PV功率波动效果,还能降低HESS的运行损耗、延长其使用寿命。     

一种基于低通滤波算法的车用HESS功率分配控制策略

在混合动力汽车行驶中,为了能让车载超级电容有效地为蓄电池提供能量缓冲，其荷电状态（SOC）需保持在一个安全范围内,以防止电容过充或能量不足。针对这一问题，基于车载超级电容的工作特性，改进了传统的车用混合储能系统滤波分配法，舍弃算法逻辑复杂、参数设计困难的逻辑门控制，使用简单的PI控制实现了电动汽车运行过程中超级电容电量的自保持，并通过基于TMS320F2812控制的混合储能装置和基于半实物仿真的永磁同步电机试验平台对所提出的方法进行了试验验证。结果表明，该方法在超级电容提供负载峰值功率，达到对蓄电池“削峰填谷”目标的同时，又使其稳态电压保持在一个稳定值，满足混合动力汽车对于车载超级电容的能量回收要求。     

直流船舶综合电力系统中混合储能的精确功率分配策略研究

直流船舶综合电力系统是未来船舶的重要发展趋势,可实现全船能源的集中控制和管理。确保船载直流微电网中各分布式电源间的精确功率分配以及母线电压稳定是维持系统安全、经济运行的先决条件。因此,提出一种基于二次规划算法的精确功率分配方法,该方法充分考虑混合储能系统中不同储能介质的额定容量、荷电状态、爬坡速率以及充放电效率的差异,旨在保证系统稳定性的前提下,实现调压成本最小化。具体而言,其通过直流母线电压波动值确定目标功率,采用二次规划算法将目标功率值在混合储能间进行合理分配,从而以最小成本维持母线电压在允许范围内。最后,通过两个实时仿真研究案例验证了所提控制方法的有效性。     

基于小波包混合储能系统的风功率波动控制策略

随着风力发电的发展,风电波动带给电网的影响越来越明显,平滑风电出力显得很重要。针对风电功率波动特性,提出基于小波包分解法,得到风电并网功率、混合储能系统参考功率和充放电状态。结合蓄电池和超级电容的荷电状态,提出了能量管理协调控制策略,实现了储能系统内部功率修正,算例结果表明:能量管理协调控制策略能完成混合储能系统内部功率最佳修正,且可以有效的平滑风电出力。最后以实际风电数据为依据,在MATLAB中建立了数学仿真模型,证明了该控制策略的有效性。