间歇充电式微电能量收集系统的研究

为解决微电能收集系统在能量源微弱的情况下无法进行有效蓄能的问题,采用高效率低输入电压DC/DC转换芯片和低电压比较器设计了间歇充电式转换电路,以电容器为中间储能元件,以间歇工作方式从储能电容取能,并向可充电电池充电。实现了在弱光条件下,利用太阳能电池板产生的极少量电能为蓄电池有效充电。     

统一电能质量调节器最优能量控制及仿真

研究电力系统优化控制问题,针对现有统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner,UPQC)控制策略补偿性能差的问题.为了控制系统的稳定性,改善电能质量,提出了一种最优能量控制策略.对单相 UPQC 系统进行相量和功率分析,推导出 UPQC 最优能量补偿的表达式.利用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)来确定补偿电压的最优注入角,利用最优补偿电压的控制来实现 UPQC 能量控制,进行仿真实验.结果表明,UPQC 能量控制策略能够有效的对电能质量进行综合补偿,并降低了 UPOC 装置容量,在不增大储能容量条件下延长了补偿时间,较好地降低了装置的容量,有利实际应用.     

储能设备获最大功率的改进型光伏充电系统设计

针对光伏充电系统中能量利用率不高的问题,给出了改进型光伏充电系统的硬件及软件系统的设计方法。该系统基于低功耗单片机MSP430F1611,利用扰动观察法,通过控制数字电位器来间接调节MPPT变换器的输出电压,从而光伏电池功率与MPPT变换器效率在比值最优的情况下,可使得储能设备获得最大功率。经过仿真验证,该方法可以达到预期的效果,储能设备在同等条件下能获得更多的电能。     

超级电容驱动的电梯制动能量回馈损耗控制

为了有效回收电梯制动时的再生电能,降低系统损耗,提出一种储能回馈型电梯能量控制方案.方案利用超级电容的储能特性实现电梯系统的电能吸收与回馈,从而将制动产生的电能用于补充母线,对功率采取补偿.首先针对超级电容驱动设计了相应的充放电阈值、容量和功率约束,用以提高其充放电效率,以及和其它模块的匹配性.然后设计了基于超级电容与双向DC-DC的储能电路拓扑,根据归一化与约束分析,得到了占空比调节与纹波抑制的关系.最后,通过对超级电容模块及其效率分析,设计了不同功率等级下的交替工作策略,给出了不同功率等级下超级电容与DC-DC的工作状态、功率约束,有利于DC-DC对超级电容电压的控制,提升超级电容和DC-DC的综合效率.基于Simulink搭建仿真模型,结果表明在电梯制动过程中,超级电容能够准确及时的对制动能量进行回收,并且将回收的能量及时准确的回馈给母线,实现功率补偿的同时,也能避免功率波动,具有良好的驱动控制和能量管理能力,有效降低系统中的能量损耗,从而改善能效.     

基于混合储能结构的能量捕获无线通信信道容量分析

针对现有能量捕获技术存在能量来源不稳定、储能设备容量有限等特点,提出了一种基于超级电容和电池的混合储能结构,并建模分析其相应的通信信道容量性能。首先,针对点对点能量捕获无线通信系统,建立基于混合能量存储结构的通信信道模型。其次,根据能量捕获的随机特性,假设能量到达过程符合伯努利随机过程,提出了一种近似最优能量分配策略,推导出系统平均吞吐量的上、下界限及其常数差值,并进一步求得系统近似信道容量。最后,通过实验验证了在捕获能量小于和大于超级电容储能容量两种情形下,系统信道容量上、下界的恒定差值分别为1.77bps/Hz和2.49bps/Hz;同时,相比传统节点采用电池作为单一储能结构,混合能量存储结构能够有效提高系统的能量利用率,增大系统的信道容量,当超级电容储能容量与电池储能容量的比例为12时,信道容量的上界 可提升到70%。     

电池储能系统建模及其应用

在风力发电系统中,由于风能的随机性和间歇性,导致风电场输出功率很不稳定,严重影响电能质量,储能系统的加入能有效改善风电的电能质量。本文采用了考虑电池容量损耗的电池模型,设计了AC/DC双向变流器,提出了适合电池储能系统的控制策略,建立了电池储能系统模型。验证了应用电池储能系统能有效对风电场输出功率进行平滑。     

飞轮电池在离网型风力发电系统中的应用

针对目前风力发电系统中储能装置(蓄电池)寿命短、充放电效率低的问题,提出采用飞轮电池作为储能装置的方案,分析了飞轮电池的d-q模型及其充放电控制策略。在飞轮电池充电控制过程中,采用基于转子磁场定向的矢量控制策略;在放电控制过程中,采用以直流母线电压为控制对象的控制策略。仿真结果表明,采用飞轮电池作为离网型风力发电系统的能量缓冲装置,能够有效稳定离网型风力发电系统的直流母线电压,提高其电能质量和稳定性。     

孤岛微电网异构电池储能系统的分布式有限时间次级控制

针对孤岛微电网异构电池储能系统频率、电压以及电池能量的一致性问题,考虑初级下垂控制,提出一种新的分布式有限时间次级控制策略.采用所提出的控制方案能够在有限时间内实现系统频率、电压恢复一致到额定值,并获得电池能量等级的均衡一致和期望的有功功率分配.该控制方法的优势在于整定时间的上界独立于系统的任意初始条件,能够保证微电网有限时间控制的及时性,同时基于Lyapunov方法分析控制策略的一致性收敛特性.最后,通过Matlab/Simulink仿真实验,结果进一步佐证了分布式有限时间次级控制策略的有效性.     

飞轮电池提高离网型风力发电系统稳定性研究

针对目前风力发电系统中储能装置(化学电池)的不足,设计了采用飞轮电池作为离网型风力发电系统的储能装置,提出了飞轮电池快速充、放电的控制策略。在系统的充电方式下,采用了感应电机的矢量控制算法;放电方式下,采用了以直流母线电压为控制信号的控制策略实现了直流母线电压的自动调整,达到了稳定系统的直流母线电压的目的。仿真结果表明,该储能装置能实现稳定风电场直流母线电压的作用,从而有效地提高离网型风电场的电能质量和稳定性。     

双源式无轨电车储能系统设计

介绍了双源式无轨电车的储能系统的基本原理与相关设计要点,特别是根据一种无轨电车运营模式对储能系统容量、储能形式以及能量分配进行了研究,同时在电池箱散热设计中采用了有限元的分析方法,最后通过无轨电车实际运营考核验证了该方法的有效性.     

井下微能量收集装置设计

井下无线传感节点能量有限,可利用能量收集技术将井下环境能量转换为电能为传感节点供电,从而延长无线传感节点生命周期。测试并分析了井下巷道弱光环境下光照强度,结果表明距光源1～2m范围内,光照强度为50～170Lux,符合非晶硅、钙钛矿等光电材料工作范围,因此将井下弱光能量转换为电能具有可行性。采用30cm×40cm非晶硅光伏电池板、BQ25505型电源管理芯片和锂电池设计了一种井下微能量收集装置,可将井下弱光能量转换为电能并存储。针对井下环境能量不连续的特点,设计了能量缓存机制,即采用容量较小的可充电锂电池为能量缓存电池,选用较大固定容量的锂电池为备用电池,当可充电锂电池电压达到设计值时由其供电,当电压不足时切换备用电池供电,确保无线传感节点正常工作。对微能量收集装置进行了实验室及井下测试,结果表明:装置在50Lux以上光照强度条件下即可输出毫瓦级电能;当井下光照强度达到170Lux以上时,装置能够利用转换的能量为低功耗无线传感节点供电,无需启用后备电池;当光照强度未达到170Lux时,能量缓存机制协调可充电锂电池和备用电池为无线传感节点供电,有效提高了节点生命周期。     

多电飞机直流配电系统电压监控策略研究

多电飞机直流配电系统是电功率传输的核心,由于电网中某些恒功率负载的能量回馈特性、脉冲特性以及在电网中存在单向工作的器件,如二极管。能量在该系统中的传输并不完全可逆。在向电网中突加或突卸负载时,会引起电网电压波动。为了维持直流汇流条电压的稳定、提高能源利用效率,利用MATLAB/simulink软件建立相应的储能和消耗系统模型。对该混合储能系统进行理论研究后,得出不同参数间的逻辑关系,在模糊控制理论基础下,设计两个阶段下维持直流汇流条电压的四种监控策略,并利用MATLAB模糊控制工具建立仿真模型,对四种控制策略进行不同组合,设置加卸负载等不同情况,进行仿真实验,得出仿真实验结果,并以性能和效率为标准对这些策略组进行比较,根据仿真数据得出最优策略组。     

电池储能系统综述

简要介绍了电能存储的意义,以及几种储能方式的原理、优缺点。介绍了几种储能电池,包括正在研究的钠离子电池。着重分析了电池储能系统,并以锂电池为例,分析了储能系统的构建方案,包括电池系统、管理系统和配置方式。最后指出了电池储能系统研究和开发所需要关注和解决的问题。     

脉冲负载下微电网储能电池虚拟惯量控制研究

随着信息化技术发展,装备数字化已成必然趋势,负载功率脉冲特性日益显著。脉冲负载的典型特点是峰值功率大、平均功率小,与常规负载不同,对电网的影响也有显著差别。微电网充分利用绿色可再生能源,将其就地转换为电能向负载供电,成为电力系统重要的发展方向之一。采用基于虚拟惯量的直流侧储能电池功率控制方法,平抑脉冲功率扰动对微电网的影响。基于模糊逻辑规则,提出储能电池虚拟惯量控制策略,并搭建系统仿真模型,对比分析储能电池工作前后微电网运行特性指标。结果表明在直流侧配置储能后,直流母线电压跌落幅度明显减小,同时,交流侧电压畸变程度与频率波动幅度均降低。     

基于滑模控制的独立光伏发电系统控制策略

针对独立运行的光伏发电系统,提出了基于滑模控制的最大功率跟踪(MPPT)策略;针对光伏微源输出功率随机性引起的逆变器输入侧直流母线电压波动,通过储能控制实现电压稳定;针对负载变化引起的系统输出电压波动,设计了系统输出电压电流双闭环控制器。通过MatLab/Simulink对提出控制策略进行了仿真验证。分析结果表明,所提出滑模控制策略可实现光伏电池的MPPT;储能控制策略可有效抑制光伏微源输出功率波动引起的直流母线电压波动;输出电压控制策略能稳定系统电压,确保安全可靠运行。     

基于SOC的并联储能系统电流负荷分配方法

提出一种基于SOC的改进电流负荷分配方法,该方法采用均流环、电流环、电压环的三闭环结构,其中,均流控制器的电流基准由理想输出功率和储能单元电池荷电状态(state of charge, SOC)共同决定。搭建了MATLAB/Simulink仿真模型和基于TMS320F28335的并联储能系统半实物仿真平台,对比仿真了不同参数影响下系统的性能。并联储能系统中母线电压能够稳定在理想值,电流负荷能够按SOC合理分配,且各储能单元SOC能够快速收敛到均衡状态,验证了所提改进电流负荷分配方法的可行性和合理性。     

基于三端口双向DC/DC 储能变流器的电流内环控制策略研究

多端口双向DC/DC储能变流器是一种进行能量控制变换的电力电子装置,是一种新型前沿技术,在以风力发电、光伏发电、燃料电池发电多能互补的智能微电网系统以及电动汽车能量管理控制系统中有着良好发展前景。系统主拓扑结构是以三端口双向DC/DC变换器作为储能装置,分别连接负载端、超级电容器和蓄电池,所组成的电动汽车充放电能量管理系统。通过对三端口双向DC/DC 储能变流器的控制策略的深入研究,采用状态空间法和波特图的形式来研究电流内环控制策略,实现储能装置在发电系统及电动汽车能量管理系统中的稳定应用,改善电能的利用效率。     

基于Simulink的锂电池建模仿真

针对锂离子电池SOC(荷电状态)难以估算的问题,通过对电池建立等效的Thevenin电路模型,对不同时刻的SOC的模型参数进行拟合得到动态的模型参数,在Matlab中借助Simulink建立仿真模型,采用模块化结构,建立基于卡尔曼滤波算法的电池SOC估算系统;利用测得的电池电压电流,仿真系统可直接估算出实时的电池SOC,与实际的电池SOC对比,误差保持在2.5%以内,表明该方法可以有效地估计电池的SOC,对于锂离子电池在实际应用的容量估算有着重要意义。     

分时电价下用户侧光储系统优化控制策略

针对光伏发电不稳定所导致的光伏电能浪费,以及储能设备充放电不合理导致电池损耗成本过高等问题,在分时电价的背景下,提出一种光储系统优化控制策略;首先,建立光储系统并网模型,结合用户用电特征、光伏出力与分时电价情况,在满足光储系统功率平衡与储能电池约束条件下,综合考虑光储系统收益和储能电池损耗成本;采用模糊处理法将多目标问题转为单目标问题求解,以用户的经济效益最高为最终优化目标,构建净收益优化模型,并利用改进的灰狼算法进行优化求解;最后,通过仿真结果表明,所提策略在分时电价情况下,为用户带来了较高的经济效益.     

微网内储能单元的建模及协调控制

通过仿真建模的方式研究电池类储能单元与电网负荷交互的特性以及储能单元对实现微电网电量自平衡的重要作用。根据锂离子电池特性,从电化学角度分析建立等效电路模型,通过对实际3．4V／3Ah锂离子电池充放电曲线的分析计算来确定电池模型参数,模型仿真曲线与实际充放电曲线拟合程度高。进一步构建储能单元模型,模拟仿真微电网中负载发生突变的情况,可以观察到储能单元对于微电网能量自平衡的贡献。