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。     

基于超级电容储能的SiC器件变流器性能分析

超级电容储能系统的促进功率响应能力优势是改善分布式发电电源的电能输出效率的有效方式,为此利用SiC器件设计SiC MOSFET典型等效开关模型,并将其应用到超级电容储能系统中,进一步提升系统单位能量的传输能力。基于超级电容器工作原理,建立超级电容储能系统数学模型,有效分析基于超级电容储能的SiC器件变流器性能。经仿真验证,超级电容器可准确响应功率由负到正的变化;随着传输功率的逐渐增大,基于超级电容储能的SiC器件变流器传输效率也呈现上升趋势,在功率接近储能系统变流器额定功率时,变流器效率逐步稳定,运行效率在98%左右;响应速度较快,输出电压波动以及输出功率的波动幅度较小,具备较强的输出抗干扰性;达到电压稳定输出的时间较短,且超调量较低。     

高压输电线路CT取能电源性能分析与优化*

为解决常规电流互感器(CT)电源取能范围小与电压不稳定等问题,提出一种磁芯并行工作结合超级电容器的CT取能电源设计方案。建立CT取能电源等效模型,分析电源输出电压与功率数学模型,并根据数学模型分析磁芯材料对取能范围的影响;同时为电源增设超级电容储能系统,分析电容电压与取能效率之间的关系,并选择合适的电容电压提高电源取能效率。仿真结果表明,提出的CT取能电源能在3~1000 A稳定供电,有效防止CT饱和,保证电源稳定可靠工作。     

基于混合储能电压源逆变器平抑微电网功率波动的方法研究

为了平抑间歇性微电源引起的功率波动,研究了基于超级电容和蓄电池的混合储能电压源逆变器（VSI）控制策略,设计了混合储能系统两级能量管理方法。将超级电容作为系统一级缓冲储能优先平抑微电网功率波动。并网运行时配电网作为二级储能,通过控制联络线功率,使超级电容端电压稳定在充放电限值以内,同时维持公共连接点（PCC）母线电压在允许范围内变化;孤岛运行时蓄电池作为二级储能,通过超级电容的缓冲作用减少蓄电池充放电次数,延长蓄电池使用寿命,当超级电容达到充放电警戒值时,精确控制蓄电池以恒功率输出,调节超级电容端电压恢复到正常值。仿真结果验证了方法的有效性。     

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。     

结合超级电容与锂电池的CT取能电源研究

分析对比输电线路在线监测设备的供能方式,针对课题组现有电流互感器(CT)取能电源存在的效率低、铁芯易饱和、输出电压不稳定、存在供电死区等缺陷,提出了一种结合超级电容与锂电池的CT取能电源。利用穿心式铁芯作为取能CT,将大容量超级电容接于整流电路之后,通过分析电容电压与CT取能效率之间的关系,选择合适的电容电压达到最高效率。另外,通过处理电路和锂电池,使CT在不同的输电线电流下工作在断续取能或者全时取能状态,实现一次电流在很小至较大范围波动时电源能够为负载提供稳定的直流电压。测试数据表明,研制的CT取能电源输出功率足够满足要求,能有效防止CT饱和,工作稳定可靠,无供电死区,并具有较大的瞬时功率。     

直流对等式微电网混合储能系统协调控制策略

提出一种基于锂离子电池和超级电容混合储能的协调控制策略,使得混合储能系统(HESS)适用于风能、太阳能或者其他间歇式分布式电源供电的微电网。针对锂离子电池和超级电容的放电特性,提出DC-DC侧对等式并行双环控制策略,控制直流母线电压稳定的同时,利用控制环路自身带宽滤波特性及交流功率前馈达到功率分配效果;采用滞环PI控制方法,保证超级电容不会过放或者过充。DC-AC侧采用双同步坐标系下不平衡电流控制结构,有效跟踪不平衡参考电流。实验结果表明,所提出的协调控制策略能有效抑制直流母线电压冲击与波动,显著提高了系统动态响应;同时,超级电容利用效率得到提高,微电网在过渡状态下的性能也得到了改善。     

带超级电容的光伏发电微网系统混合储能控制策略

为保证微电网系统稳定运行、各发电单元之间功率平衡以及输出电能质量良好,采用混合储能装置作为含光伏发电微电网系统的储能部分。提出了含光伏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。当光伏发电并网系统的能量管理采用功率分配型控制策略时,直流母线电压幅值的稳定受发电单元侧控制,通过控制微电源与三相逆变器输送给电网能量之间的平衡来保持直流母线电压稳定;当新能源或本地负载功率发生突变时,由于蓄电池和超级电容储能装置具有较好的能量互补特点,通过控制蓄电池吸收或释放低频功率,超级电容吸收或释放高频功率,可以抑制负载突变对直流母线造成的冲击。仿真和实验结果表明,上述控制策略能有效、快速地调节系统有功、无功功率输出,抑制微电网系统负荷突变引起的功率波动,改善系统输出电能质量,提高系统的可靠性和稳定性。     

含超级电容混合储能系统直流微电网功率分配策略

针对直流微电网中微电源功率输出不稳定以及负荷波动导致直流母线电压偏移问题,提出一种含超级电容和蓄电池的混合储能系统充放电控制策略。该控制策略将储能系统分为5种工作模式,控制系统根据直流母线电压值选择混合储能系统的工作模式,实现蓄电池与超级电容在充电、放电及空闲模式间自由切换,从而维持直流母线电压稳定。通过Matlab/Simulink软件搭建系统模型,仿真结果表明,采用该控制策略可使直流母线电压保持在电压偏移允许范围内。     

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。