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.     

城轨交通地面储能系统能量管理策略

城轨交通地面储能系统兼顾备用电源和吸收列车再生制动能量的功能。首先介绍地面储能系统传统双环能量管理策略,基于此分别讨论了数种电池、超级电容优化控制策略,并提出了基于列车运行状态的城轨交通地面混合储能装置子系统间能量交互管理策略。该控制策略根据列车运行状态控制电池和超级电容进行能量交互,在保障储能系统寿命的前提下使混合储能系统尽可能多地吸收列车再生制动能量。     

超级电容在城市轨道交通中改善电网电压的研究

研究了车载超级电容储能装置在改善电网电压方面的应用.在城市轨道交通中,列车加速时,由于线路阻抗的存在导致直流电网电压下降;制动时,再生能量反馈回直流电网,使电压抬升,为了避免再生失效,通常由电阻消耗再生能量.提出应用直流储能装置解决以上问题,提出超级电容储能装置的组成及设计方法,制定了相应的控制策略,最后以广州地铁4号线参数为例对实际车辆进行了仿真,验证了超级电容储能装置在改善电网电压方面的重要作用.     

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。     

基于RBF网络的车载超级电容滑模控制系统

针对地铁在频繁的加速和制动过程中导致电能浪费、牵引网电压的剧烈波动和电网运行不稳定等问题,提出一种基于RBF网络的车载超级电容滑模控制系统。超级电容储能装置通过与双向DC/DC变换器连接,给列车提供牵引或者吸收列车产生的再生制动能量。在Boost模式和Buck模式下,分别设计RBF神经滑模控制器。仿真结果表明,与传统的PI控制相比,神经滑模控制下的车载超级电容储能装置提高了再生制动能量吸收效果,抑制了牵引网电压波动。     

混合动力汽车超级电容能量控制研究

超级电容的高功率密度特性可作为混合动力汽车辅助电源。研究了超级电容数学模型,给出了超级电容荷电状态估计方法,在分析升降压双向直流功率电路基础上,提出了超级电容能量存储系统控制策略,在超级电容荷电状态允许范围内,该控制策略满足混合动力汽车启动、加速、制动要求,实验证明该能量存储系统能适应各种负载变换情况。     

混合储能系统二次功率分配及交互控制策略在直流微网中的应用

针对含随机性、间歇性可再生能源的微电网中储能装置自身容量有限带来的问题,提出了混合储能系统二次功率分配及交互控制策略。文章该策略依据超级电容的荷电状态（state of charge,SOC）确定系统的工作模式。文章详细分析了各工作模式下松弛终端的协调控制方法。在临界极限充放电模式下,引入交互修正电流的概念,根据电压变化率的大小确定交互修正电流的作用区间,使超级电容的荷电状态向稳定的方向变化;在系统极限充放电模式下,提出计及充放电量并考虑SOC恢复的改变滤波时间常数的二次功率分配及交互控制策略。最后将所提控制策略应用于直流微电网中进行仿真,结果表明,该控制策略可以增强储能装置的可靠性,实现荷电状态的自恢复,减少超级电容的能量配置。     

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%。     

模块化再生制动能量利用系统及其控制策略

城市轨道交通需要频繁的启动和制动,若对其制动时产生的能母进行合理利用.可以达到节约能源的作用.针对基于超级电容储能的1.5 kV城市轨道交通供电系统应用场合,研究了一种采用输入侧串联、超级电容侧独立组合结构的模块化再生制动能量利用系统方案;提出了适用于该方案的三环控制策略,可以实现能量的双向自由流动、超级电容电压和最大充放电电流限制、串联模块的输入电压均衡等功能;最后通过实验验证了该系统的可行性.     

城轨交通混合型再生制动能量利用系统及其控制策略

针对城轨交通再生制动能量利用问题,结合城轨交通供电系统负荷特性,提出一种含能馈系统与储能系统的混合型再生制动能量利用系统及其控制策略。结合城轨交通供电系统架构与负荷特性,提出混合型再生制动能量利用系统拓扑结构并分析其运行原理。以充分利用再生制动能量为目标制定系统能量管理策略,实现在多种运行模式和运行工况下的功率潮流管理。提出计及牵引网母线电压控制和系统动态功率分配的分层控制策略。通过仿真分析验证所提系统及其控制策略的正确性和有效性,并借助相关技术指标和经济性指标对不同再生制动能量利用方案进行对比。结果表明,所提分层控制策略能协调控制系统按需回馈、存储/释放再生制动能量,实现城轨交通再生制动能量高效利用,并有效抑制牵引网母线电压波动;同时,所提混合型再生制动能量利用方案能较好地兼顾技术效果和经济性,相比储能方案和能馈方案有一定优势,可作为城轨交通再生制动能量利用方案的选择之一。     

城轨牵引供电系统PWM整流器无源性功率控制研究

现行城轨牵引供电系统多用多脉波整流的方式,但是存在谐波污染严重、能量不能双向流动的缺点,针对上述问题,文章提出了基于无源控制策略的整流器控制方式,对该种控制方式首先进行了理论推导,根据电压型整流器的主电路拓扑结构,建立了系统在两相同步旋转坐标系下的EL模型,并采用了解耦控制策略对控制器进行设计,最后将该方法用于城轨牵引供电系统中,控制整流器输出接触网(轨)的电压,并且在此基础上分析了负载扰动,机车制动,电网不平衡条件下整流器的性能,仿真结果表明,整流器具有很好的稳定性、抗干扰性,单位功率因数运行特性,对城轨牵引供电系统提供了很好的理论依据。     

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。     

基于加速时间预测的现代有轨电车储能系统能量管理与容量配置优化研究

电池寿命过短和配置空间有限是现代有轨电车储能系统应用存在的重要问题,给其能量管理策略和容量配置方法的设计带来了挑战。该文首先对影响电池寿命的因素进行了分析,建立了寿命估计模型。针对电池与超级电容混合储能系统,提出了基于加速时间预测的能量管理策略:根据车辆加速时间计算超级电容的实际可用功率,进而决定电池和电容的功率分配。该策略基于有轨电车运行周期性确定加速时间预测窗口,并充分考虑超级电容放电时间。仿真和实验验证了该策略具有充分利用超级电容能量和减弱电池寿命衰减的良好效果。同时,分别基于基本阈值策略和加速时间预测控制策略进行优化容量配置,分析不同控制策略对容量配置结果的影响。结果表明该文的策略通过降低超级电容的配置要求以及延长电池寿命实现了全寿命周期成本的降低。     

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。     

有轨电车车载混合储能系统效率优化控制

轨道交通迅猛发展对电力能源的需求越来越大。为减少能耗、降低运营成本,储能技术在轨道交通领域的应用成为近年来研究的热点。从提高车载储能系统效率的角度建立了混合储能系统的损耗模型,包括锂离子电池损耗、超级电容损耗、双向DC/DC变换器损耗。基于混合储能系统损耗模型,推导了损耗最小和储能元件安全工作区间的优化方程,提出了一种效率优化控制方法。最后,Matlab仿真结果表明,所提方法与阈值法相比,经过优化控制后混合储能系统全程总损耗明显减小,车辆单程运行能量效率明显提高。     

微电网孤岛运行混合储能自适应控制策略

蓄电池/超级电容器混合储能系统综合了超级电容器高功率密度和蓄电池高能量密度的优势,是储能技术未来发展方向之一。针对平抑微电网直流母线电压波动的应用需求,研究了蓄电池/超级电容器混合储能系统,建立了微电网孤岛运行状态混合储能系统等效电路模型。为充分保证混合储能系统整体性能,提出一种主从双环结构自适应控制策略,系统依据所设置的不同开环截止频率,对母线功率波动进行自适应响应,完成上层的功率自适应调节并使之平衡。针对负载电流不易测量的问题,提出基于扩张状态观测器的方法对其进行虚拟测量。仿真分析结果验证了所提控制策略的有效性与可行性。     

基于电压下垂法的独立直流微网混合储能系统控制策略改进

针对独立直流微网中混合储能单元使用寿命问题,基于电压下垂控制的混合储能单元控制策略,提出了混合储能系统控制策略的改进措施。首先采用基于超级电容荷电状态的稳态功率修正策略,使超级电容在工作一段时间后荷电状态能够恢复至初始额定值,避免超级电容过充或者过放。其次,针对电池使用寿命问题,提出基于混合储能荷电状态的能量管理策略,以达到延长电池使用寿命的目的。最后通过Matlab/Simulink仿真分析,证明该方法在光伏输出功率改变条件下可有效延长电池与超级电容使用寿命。     

车载超级电容储能系统间接电流控制策略

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。首先对车载超级电容储能系统进行介绍;然后建立超级电容储能系统的数学模型,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间接电流能量管理控制策略;最后通过仿真和实验结果证明该控制策略可以有效地抑制受电弓处电压波动,防止再生失效。