城轨列车车载超级电容储能控制策略研究

本文主要探讨了单列车车载超级电容能量管理系统的控制方法,提出一种新的车载超级电容储能系统控制策略。首先,对车载超级电容储能系统及列车运行特性进行介绍,其次,给出了超级电容储能系统充放电电流控制环的设计方法,提出了一种车载超级电容储能系统交流侧串接超级电容间接矢量能量管理控制策略,最后通过仿真和实验进行验证。从仿真及实验结果可看出这一控制策略可以有效抑制受电弓处电压波动,防止再生失效。     

基于MMC双向DC-DC变换器的超级电容储能系统控制策略分析与设计

研究一种基于多模块多电平双向DC-DC变换器的超级电容储能系统,该系统可有助于减小超级电容单体电压低与应用场合电压高间的矛盾。超级电容组间的均压控制是该系统稳定运行的关键之一。对超级电容组的均压控制和储能系统能量管理策略进行分析和设计。利用双向变换器的小信号模型分析超级电容储能系统电流控制与超级电容组间均压控制的关系,设计多模块多电平双向DC-DC变换器的双闭环控制策略,在稳定控制网侧电感电流的同时实现超级电容组间电压均衡的解耦控制。进一步,根据母线电压变化及超级电容荷电水平(state of charge,SOC)提出储能系统能量控制策略。系统仿真和实验验证了所提出的基于MMC双向变换器的超级电容储能系统控制策略的有效性。     

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。     

基于级联多电平直流变换器的超级电容储能系统能量自均衡控制策略

储能系统中能量均衡控制是亟需解决的关键问题之一。针对级联多电平超级电容储能系统,提出一种能量自均衡控制策略。该策略利用超级电容荷电状态(SOC)建立半桥子模组独立电流闭环系统,使各子模组平均工作电流可根据超级电容SOC进行独立控制。因此,在不影响系统电流响应的前提下,该策略可直接利用系统电流进行模组间能量均衡。同时,为了解决能量均衡过程中均衡速度降低的问题,设计一种基于SOC的权重系数以提升均衡速度。该策略不仅不影响储能系统稳定母线电压的能力,同时还避免外加均衡电路的使用,简化了储能系统的整体控制策略。最后,通过实验验证了所提方法的有效性。     

基于车载超级电容储能系统在城市轨道交通的应用研究

介绍了超级电容储能系统的结构和双向DC-DC变换器的功能特性,制定了双向DC-DC变换器的电压外环、电流内环的双PI控制策略。列车启动阶段,牵引网电压下降,超级电容输出能量;列车制动阶段,牵引网电压升高,超级电容吸收能量。搭建了1 500 V直流电气化铁路仿真平台并进行了仿真,仿真结果验证了超级电容储能系统吸收再生制动能量,减少地铁电能的损耗,有效地控制了牵引网电压的下降和升高。     

城市轨道交通超级电容储能系统的EMR建模与仿真

超级电容储能系统应用于城市轨道交通可有效地存储和再利用再生制动能量,稳定网压。给出了非隔离DC/DC变换器大功率超级电容储能装置模型,对储能装置的主要参数:超级电容器组、储能电感和滤波电容进行设计。在此基础上引入了能量宏观表达法(EMR)对列车牵引传动系统建模,并借助"反转原则"得到系统控制方法,在Matlab/Simulink平台上建立了车载超级电容储能系统的仿真平台,仿真结果验证了储能系统主要参数设计的合理性和控制策略的可行性。     

制动能量回收系统中超级电容充放电特性研究

超级电容作为一种新型环保储能元件,被广泛应用于能量回收系统中,但其模组参数和充放电特性将影响储能系统的控制性能。论文根据系统要求,计算和选取了经济型超级电容模组,理论建模分析了超级电容的充放电特性,采用先恒流后恒压的充电和变负载放电方式,搭建了制动能量回收储能系统的超级电容充放电实验系统。实验验证了充电电流越大充电时间越短和放电电流能够自动匹配负载大小的充放电规律,同时验证了电流设定值对放电规律的影响。     

全线无触网储能式有轨电车的设计

基于能量型超级电容器技术,设计了全线无触网储能式有轨电车。根据有轨电车配置及线路运营工况,计算了车载超级电容储能装置所需要的能量和负载功率。通过超级电容器阵列的功率约束和能量约束,计算超级电容器单体的数量和串并联方式,以及主要部件参数,由此设计了用于有轨电车的超级电容储能装置。基于嘉兴有轨电车项目,对储能装置所用超级电容器在典型负载工况下的电压、电流、功率等参数进行仿真,验证计算结果的正确性,并确认计算方法满足现代有轨电车储能装置的设计要求。     

基于组合型双向DC-DC变换器的超级电容储能系统控制策略分析与设计

研究了一种基于组合型双向DC-DC变换器BDC(bidirectional DC-DC converter)的超级电容储能系统,该系统采用多组多通道交错Buck/Boost双向变换器串联,既可实现开关电流和电压应力的降低也可实现电感量的减小,同时有助于减轻超级电容单体电压低与应用场合电压高间的矛盾。串联变换器模块间的均压控制是该系统稳定运行的关键之一。基于双向变换器的小信号模型分析了超级电容储能系统电流控制与变换器模块均压控制的关系,设计了组合型双向DC-DC变换器的双闭环控制策略,在稳定控制超级电容充/放电电流的同时实现模块输入电压均衡的解耦控制。进一步根据母线电压变化及超级电容荷电水平提出了储能系统能量控制策略。通过两组三相交错Buck/Boost级联BDC储能系统的实验验证了控制策略的有效性。     

一种基于超级电容的输电线路在线监测系统电源设计

所设计的系统使用电流互感器取电,利用超级电容的大容量储能和快速充放电特性,经储能超级电容和放电超级电容输出给监测系统供电.电源根据负载端电压变化,通过控制储能电容与放电电容的通断,利用储能电容为放电电容充电,最后通过放电电容对外供电.针对母线电流不稳定,过压保护部分特别设计了能量再利用电路.仿真分析表明互感器输出功率在临界点波动时电源输出稳定,并可满足GPRS/GSM装置传输数据时的功率需求.经样机实测,装置运行效果良好.     

改进型逻辑门限混合储能系统控制策略研究

针对由启动电池和动力电池构成的电动汽车储能系统,利用启动电池功率密度高的特点与动力电池组结合构成混合储能系统作为负载的供电单元,为避免动力电池组长时间大电流放电和延长动力电池组寿命,设计改进型逻辑门限混合储能控制策略,改善混合储能系统内部能量均衡,并能有效提高储能系统电池使用效率。仿真比较了常规逻辑门限控制策略和改进型逻辑门限控制策略的差异,并进一步通过实验验证改进型逻辑门限控制策略的可行性。结果表明,改进型逻辑门限控制策略能够更好地改善动力电池组输出电流大的问题,并很好地实现了动力电池组和启动电池组的能量均衡。     

Research on energy management of dual energy storage system based on the simulation of urban driving schedules

Due to increasing concerns on environmental pollution and depleting fossil fuels, electric vehicles have recently been gaining increasing worldwide interest as a promising potential long-term solution to sustainable personal mobility. However, an energy storage system composed of battery and ultra capacitor can display a preferable performance for vehicle propulsion. As the ultra capacitor can fulfill the transient power demand fluctuations, the battery can be downsized to fit the average power demand without facing peak loads. Besides, braking energy can be recovered by the ultra capacitor. This study focuses on a vehicular system powered by two energy storage devices: battery and ultra capacitor. However, energy management strategy is necessary to split the power demand of a vehicle in a suitable way in order to maximize the performance while promoting the fuel economy and endurance of dual energy storage system components. In this paper, a dual energy storage system composed of ultra capacitor and the battery is introduced, the desire discharge current of the vehicular system under urban driving schedules is analyzed, and the working conditions of vehicular system are divided into four modes according to the state of energy storage system, a new hysteresis current control strategy is proposed for the developed vehicular system. The mathematical and electrical models of the vehicular system are developed in detail and simulated using MATLAB and Simulink environments.     

考虑风电波动与电动汽车集群储能平抑控制策略

为促进风电在电网中的消纳,减轻配电网负荷压力,提出考虑风电出力波动和电动汽车集群储能系统平抑控制策略.首先,对单体电动汽车入网后行为特性进行储能建模,依据不同荷电状态(SOC)电动汽车有功响应能力,构建电动汽车集群储能模型,基于集群储能能力的差异性,利用多个电动汽车集群协调平抑联络线功率波动.其次,由集群储能系统依据联络线功率平抑波动值进行逐层自适应功率分配,确定各电动汽车蓄电池—超级电容的任务功率,充分利用车网连续调节能力.所提平抑策略可减轻大规模电动汽车连网后配电网中负荷的波动,实现储能系统内部功率相互流动,有效减少常规储能容量配置.     

考虑削峰填谷的电气化铁路混合储能系统容量优化配置

随着我国电气化铁路的快速发展,能耗问题日益突出,极大影响了铁路的运营效益。为提升铁路的经济效益,通过混合储能系统实现再生制动能量的回收利用,在此基础上,提出了一种考虑削峰填谷的电气化铁路混合储能系统能量管理策略,通过控制储能的充放电阈值实现对铁路负荷的削峰填谷。基于此能量管理策略建立电气化铁路混合储能系统全寿命周期的经济性优化模型,以储能充放电阈值与容量配置参数为优化变量,以全寿命周期的最大净收益为优化目标,对混合储能系统经济性进行优化。采用改进的粒子群优化算法求解具体算例。通过算例分析与方案对比,验证了所提方法的有效性。     

计及特征次谐波治理的铁路网侧储能系统控制策略

针对电气化铁路节能增效及谐波治理问题,提出一种考虑特征次谐波治理的铁路牵引网侧储能系统控制策略。首先,分析牵引网侧储能系统接入方案并对其工作模态进行划分;其次,根据牵引负荷特征次谐波分布规律,推导网侧储能系统削峰填谷及特征次谐波治理方法;然后,提出一种计及网侧特征次谐波抑制的超级电容储能系统控制策略;最后,通过多工况下仿真测试,验证了所提策略的可行性。结果表明,所提策略能有效回收再生制动能量,减小网侧功率波动,抑制网侧特征次谐波。     

计及特征次谐波治理的铁路网侧储能系统控制策略

针对电气化铁路节能增效及谐波治理问题,提出一种考虑特征次谐波治理的铁路牵引网侧储能系统控制策略。首先,分析牵引网侧储能系统接入方案并对其工作模态进行划分;其次,根据牵引负荷特征次谐波分布规律,推导网侧储能系统削峰填谷及特征次谐波治理方法;然后,提出一种计及网侧特征次谐波抑制的超级电容储能系统控制策略;最后,通过多工况下仿真测试,验证了所提策略的可行性。结果表明,所提策略能有效回收再生制动能量,减小网侧功率波动,抑制网侧特征次谐波。     

能源互联网框架下多端口能量路由器的多工况协调控制

多端口能量路由器是整合光伏、储能以及电动汽车充电桩的有效拓扑结构。在不同端口进行能量路由时,涉及多工况运行,无缝工况切换是一大难点。在能源互联网框架下,采用分层控制,使得能量路由器在电网调度、并离网、电动汽车接入切除等工况下都能够协调运行,从而实现工况的无缝切换。微网控制层采用集中式控制,维持各工况下系统整体能量平衡,既能与上层调度层交互,响应调度;也能与下层本地控制层通信,即采样各端口的状态信息,计算储能、充电桩的充放电电流给定值。本地控制层中光伏、电压源型变换器端口采用分布式控制,降低通信带宽;储能、充电桩端口采用所提的基于电流跟踪的新型下垂控制方法,精准传输所需功率,并控制直流母线电压稳定。最后,通过MATLAB仿真验证了所提统一协调控制策略的有效性。     

基于退役动力电池储能的光储微网系统

锂电池作为光储微网的储能电池,能够提高光伏发电系统的稳定性,改善电能质量,但成本高昂。将电动汽车的退役动力锂电池用于光储微网的储能单元,不仅可以降低投资成本,还可以缓解大批量电池进入回收阶段的压力。首先基于锂电池的工作原理,构建了退役动力锂电池的等效电路模型。接着建立了储能变流器和多重双向DC/DC变换器级联拓扑,储能变流器采用电压外环、电流内环的双闭环策略,稳定直流母线的电压;多重双向DC/DC变换器采用以电池组的荷电状态(SOC)为约束条件的双闭环控制策略,平抑光伏发电系统的功率波动。最后搭建了基于退役锂电池储能的光储微网系统,验证了控制策略的有效性。     

基于深度强化学习的光储充电站储能系统优化运行

优化储能充放电策略有利于提升光储充电站运行经济性,但是现有模型驱动的随机优化方法无法全面考虑储能系统的复杂运行特性以及光伏发电功率、电动汽车充电负荷的不确定性.因此,提出一种基于深度强化学习的光储充电站储能系统全寿命周期优化运行方法.首先对储能运行效率模型和容量衰减模型进行精细化建模.然后考虑电动汽车充电需求、光伏出力和电价的不确定性,在满足电动汽车充电需求和光伏消纳的条件下,以光储充电站收益最大化为目标,建立了基于强化学习的储能优化运行问题.考虑到储能充放电决策动作的连续性,采用双延迟深度确定性策略梯度算法进行求解.采用实际历史数据对模型进行训练,根据当前时段状态对储能充放电策略进行实时优化.最后,对所提方法及模型进行测试,并将所提出的方法与传统模型驱动方法进行对比,结果验证了所提方法及模型的有效性.     

Evaluation of Design Method for Engine Output Power and Battery Energy Capacity for Lithium‐Ion Battery Hybrid Diesel Railway Vehicles

Diesel engine lithium‐ion battery hybrid vehicles are attracting attention because the energy consumption during their operation and exhaust emissions can be reduced considerably. However, a reasonably accurate method of designing the engine power and battery energy has not yet been proposed, although the above‐mentioned type of traction system can help in realizing an environment‐friendly railway vehicle. In this paper, a design method for the battery energy capacity and engine output power is proposed in the case of a control strategy in which the sum of the kinetic energy of the vehicle and the battery energy is maintained constant. The proposed method is verified by the velocity/state of charge of the battery charts obtained in experimental tests. The proposed design method can be used to develop environment‐friendly railway traction systems for nonelectrified sections.