基于超级电容储能与电压型变流器的电梯能量回收系统效率优化控制策略

为提高电梯制动能量回收系统的效率,针对四象限电压型变流器(VSC)小功率下效率低的弊端,提出结合超级电容储能的电梯电机能量回收系统的效率优化控制策略。系统通过VSC统一进行能量管理,消除了引入双向DC-DC变流器带来的开关损耗和滤波电感损耗,同时根据负载功率的不同情况来选择性地开启、关闭VSC,从而使系统始终运行在效率最优的状态中。由于VSC对超级电容的功率进行了限制、分流,因此避免了其他文献中出现的储能器端压变化大、容易超出范围的问题,增大了超级电容的利用率。最终通过模拟电梯系统负载的仿真和对照实验证明了该控制策略的可行性与稳定性,比单一四象限变流器能量回收系统的效率提高2.7%~23.2%。     

基于制动速度优化策略的新型供电方式有轨电车再生制动能量回收方法

该文提出一种基于车辆动力源为燃料电池与超级电容的新型供电方式的混合动力有轨电车制动能量回收方法,该方法中在制动阶段综合考虑车辆电机制动特性曲线、最大减速度要求、制动距离、超级电容吸收能力以及舒适度等系统指标,优化得到一条车辆制动速度线,车辆在该速度曲线运行时燃料电池消耗能量减少7.45%,制动电阻消耗能量减少7.93%,而且超级电容回收制动能量提高7.83%。该方法通过改变制动速度从而改变制动功率,进而减少了制动电阻上的功率消耗,提高了超级电容的回收能量。同时,该方法中车辆在牵引阶段采用基于庞特里压金极小值原理的能量管理方法不仅使系统瞬时氢耗量达到最低,同时保证了超级电容始末时刻So C保持一致,达到了对运行过程中超级电容So C调控的目的。     

城市轨道车辆制动能量回收系统设计及分析

城市轨道车辆运行过程中频繁的启动、制动过程,制动能量相当可观。研究各种制动能量回收方法,是轨道交通节能的主要方式。给出了一种基于超级电容的制动能量回收系统设计方案,电机再生制动时制动能量通过特殊设计的制动单元存贮于超级电容中,用于列车照明和空调供电。为了验证该设计方案,开发了相应的试验平台,并对实验数据进行了分析,试验结果表明该方案可以有效回收制动能量。     

基于超级电容与蓄电池复合动力电源的研究

在综合分析各种存储方式的基础上,对超级电容和蓄电池的机理与特性进行了研究。为了解决单一储能方式的缺陷,将超级电容和蓄电池通过功率总线、双向DC/DC变换器等结合在一起。充分利用超级电容器功率密度大、循环寿命长的优点与蓄电池能量密度大的长处,确立了超级电容与蓄电池的复合储能系统方案。实验结果表明,超级电容和蓄电池混合储能方式可有效地实现系统的能量管理,提高储能效率。     

大型矿车制动能量回收与利用装备管理系统

大型矿车工况恶劣,环境复杂,其制动能量回收与利用装备维护调试困难。针对上述问题,利用C#.Net平台设计了大型矿车制动能量回收与利用装备的管理系统,该系统具有制动能量回收与利用装备的监视和控制、超级电容与蓄电池的能量管理等功能。采用运行效率较高的C#语言编写管理系统主控程序,使用线程优化手段提高其运行效率,同时使用基于SQLite数据库优化存储技术记录系统的基本数据,利用Visual C#.Net平台下的控件和第三方控件完成界面设计。将继电保护领域IEC 60870-5 103通讯规约引入管理系统,进一步提高其安全稳定性。在所搭建的300 kW/1 800 V超级电容与蓄电池混合储能大型矿车制动能量回收与利用装备实验室的动模实验平台上,对管理系统的各项功能进行实验验证。结果表明,管理系统可以安全、稳定、高效地实现对系统的控制、调试和维护。最后,在平朔安家岭煤矿管理系统进行车载运行制动能量回收与利用的调试和控制实验,验证了在实际工况中管理系统的稳定性和可靠性。     

新型供电方式下的有轨电车制动力分配与制动能量回收优化方法研究

为了解决混合动力有轨电车在制动过程中制动能量回收率过低的问题,增加行驶里程,提高制动安全性、可靠性,该文搭建基于新型供电方式的有轨电车混合动力系统,借鉴车辆经济驾驶模式的思想,提出了基于经济驾驶的制动优化方法。方法根据车辆在不同运行状态下对牵引力/制动力的需求,结合牵引电机的机械特性曲线,研究了再生制动力与机械制动力的分配方法,在此基础上,研究了考虑制动能量回收率的混合动力系统能量管理方法。该方法可以有效控制超级电容的SoC,为有轨电车制动能量的回收提供可靠的存储容量。根据仿真实验结果可以看出,优化后制动能量回收率比优化前制动能量回收率提高5%左右,说明基于经济驾驶的制动优化方法,能够有效提高有轨电车制动能量回收率。     

地铁车辆再生制动混合型储能回收装置研究*

针对地铁运行站间距短,车辆频繁启动、制动运行,导致再生制动时产生大量的能量,可通过超级电容加电阻混合型储能装置吸收贮存,提出基于混合型储能装置的再生制动能量回收控制策略,即地铁制动时超级电容充电回收再生制动能量,地铁启动时超级电容放电回馈储存的能量.分析了超级电容储能的充放电控制策略,并通过MATLAB/Simulink仿真验证了混合储能装置能有效抑制地铁牵引供电系统中的电压波动.     

电动汽车复合电源系统能量管理研究

为了合理分配电动汽车复合电源系统的能量,对由超级电容、DC/DC变换器和锂离子电池组成的复合电源系统结构进行了分析与研究。提出了逻辑门限值控制策略对复合电源系统的能量进行管理。为了验证该能量管理策略的有效性,利用Matlab仿真软件对FTP-75城市循环驾驶工况进行了仿真分析。仿真结果表明,超级电容充分地发挥了其"削峰填谷"的作用,将锂离子电池的电流限制在一定的范围内,减少了大电流对锂离子电池的冲击。同时,超级电容可以在车辆制动过程中进行能量回收,减少能量的损耗。     

制动能量回收储存装置监控系统的设计

采用超级电容器作为储能器件用于城市轨道交通车辆制动能量回收和释放时,需要实时监控超级电容器的工况和环境参数。采用＂模块化＂的方法将电源隔离处理,超级电容器监控系统既满足了制动能量回收装置的监控要求,又具有较强的抗共模电压能力和电磁兼容特性,可应用于其他高容量、大功率超级电容储能系统中。     

电动汽车新型混合能源管理系统研究

电池技术是电动汽车的关键技术之一.目前,蓄电池不支持大电流充放电和能量密度低制约了电动汽车的发展.设计了一种新型混合能源系统--蓄电池与超级电容系统,并针对此系统提出一种全新的控制策略,主要利用超级电容支持大电流充放电的特性,以弥补蓄电池自身的不足.采用再生制动方式回收汽车刹车时的动能,提高车载电能利用率,进一步弥补蓄...     

光储直流微网能量协调控制方法

直流微网中分布式电源出力的随机波动性,不仅会引起直流母线电压大范围波动,还会影响系统的稳定运行。对此,提出了一种光储直流微网能量协调控制方法,实现了因系统功率供需不平衡引起的母线电压波动的快速平抑。该方法优先利用新能源为负荷供电,通过设定并网变换器和储能模块的工作阈值以协调管理各模块间的能量流动,避免直流母线电压小范围波动引起电力电子器件频繁动作,实现能量的最优利用。在并网状态下,直流微网通过并网变换器与大电网进行能量交换;在离网状态下,光伏模块与混合储能模块协调配合给本地负载供电。其中,考虑混合储能模块的充放电裕量,结合超级电容功率密度大和锂电池能量密度高的特点,混合储能模块让超级电容先工作来平衡系统瞬时功率,提高系统的动态响应特性,减少锂电池动作次数,延长使用寿命。锂电池工作后,可以配合超级电容调整直流母线电压,防止超级电容达到饱和的速度过快。仿真验证了所提方法的有效性。     

太阳能电动车混合储能系统的能量管理策略研究

论文提出了一种适用于太阳能电动车的混合动力储能系统方案,给出了该系统的能量管理控制算法,其核心是分配、协调和优化太阳能、蓄电池和超级电容的能量。该系统包含太阳能电池板、boost变换器、蓄电池、超级电容、双向DC／DC变换器和直流无刷电动机。文中提出了一种新的双向DC／DC变换器的控制方法,能够充分利用超级电容的快速充...     

寄生电感在超级电容均衡系统中影响的研究

针对轨道交通再生制动能量回馈吸收利用系统的超级电容器储能系统,设计了基于DC/DC变换器的馈能型均衡电路。由于系统工作在高频状态,以及超级电容拥有的特殊性：较大的容值和一个很小的漏感,在工作时就会产生一个明显的谐振,谐振的存在会严重影响系统的稳定性和可靠性。本文具体分析了整个系统中谐振的产生机理,建立模型,对工作中产生的谐波大小进行分析,最后进行了实验,验证了理论分析的正确性。     

电动叉车用开关磁阻电机新型集成功率变换器

针对电动叉车用开关磁阻电机（SRM）制动过程中的能量回收问题,研究一种可实现多端口能量灵活转换的新型集成式功率变换器。新型集成式功率变换器采用交错并联双向DC/DC变换器作为传统SRM功率变换器的前端电路,可以在电动及发电模式之间灵活切换。采用超级电容与铅酸蓄电池混合储能,回收减速和下放货物的能量,实现再生制动,并用于加速和举升货物。仿真试验表明所设计新型集成式功率变换器能满足电动叉车频繁起停的要求,并可减小输入输出端的电流波纹,提高能量回收效率。     

光储直流微电网系统协调控制策略研究

为了更好地控制、管理和使用随机性较大的分布式可再生能源和需求波动较大的负载,文章对光储直流微电网系统内不同的变换器提出不同控制策略,通过不同控制策略控制变换器协调运行来保证系统的稳定运行,同时利用基于超级电容和蓄电池的互补特性设计了级联的拓扑结构组成混合储能系统,使系统稳定性进一步提高;并将系统分为多个运行模式,在所提控制策略下系统在多个模式间实现平滑稳定切换。最后对运行中出现的分布式光伏电源输出波动和负载变化情况在MATLAB/Simulink进行了仿真实验。结果表明,所提策略能有效抑制系统直流母线电压波动和优化混合储能的运行,提高了系统的可靠性和稳定性,验证了控制策略的有效性和可行性。     

基于多目标综合控制的低碳轨道交通操控节能方案

提出一种应用于轨道交通供电系统的多目标综合控制节能方案。采用可控高功率因数整流的AC/DC变流模块取代传统的整流电路以实现能量的双向流动,并采用多个AC/DC变流模块并联的形式来扩大整个方案容量,同时在直流牵引母线处装有一台或多台并联DC/DC变流模块,使机车制动时产生的电能可部分通过AC/DC模块回馈到电网,部分通过DC/DC模块升压后存储到独立电容器组。研究表明,该方案不仅可以充分回收及利用制动能量,并通过部分吸收回馈能量来克服所有能量瞬时回馈电网对电网的冲击,还可以通过对牵引变电站谐波及无功的补偿改善轨道交通变电站的电能质量,从各个角度提升节能功效。     

Energy Saving and Environmental Measures in Railway Technologies: Example with Hybrid Electric Railway Vehicles

The electric railway system is the highest class of energy efficient transportation means. This is due to two important points: (i) low running resistance (including low energy losses) and (ii) energy regeneration in braking. Regenerative braking of railway electric vehicles is effective when the other powering ones, in other words electrical load, exist near the regenerating train on the same electrified line. So, early in the morning and at midnight, or in the low‐density district lines, regeneration cancellation phenomenon often occurs and the regenerative brake force cannot be operated in accordance with the recommended value. Newly appeared high‐performance energy storage devices press the issues of energy storage and reuse technologies on ground and on vehicles. Hybrid energy source is one effective solution. In this paper, as an example, we show our trolley and on‐board battery hybrid controlled tramcar, developed to reduce regeneration cancellation. With the trolley line collective power as well as charge and discharge power of the on‐board lithium ion rechargeable battery, the hybrid energy providing and regenerating technology is achieved. The running test results show a maximum regenerative ratio of 44%, which is top class value in an electric railway system. Copyright © 2007 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

列车再生制动能量管理及控制系统研究

为回收利用交流电气化铁路列车产生的再生制动能量,研究了再生制动能量管理及控制系统.提出一种基于牵引负荷状态的能量综合管理策略,以牵引变压器两供电臂负荷功率为信息载体表示系统的不同工作模式,多种工作模式可相互切换.在混合储能装置内部功率分配中,通过引入锂电池荷电状态SOC(state of charge)及超级电容中间调...     

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。