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。     

超级电容储能系统的状态识别与动态控制设计

根据变频器母线电流在电机运行于加载和制动时的不同特征,通过采集变频器母线电流实时监测电机运行状态,设计了双向DC/DC变换器模式切换与控制器通断控制电路,实时识别电机运行状态,实现对储能单元在线动态控制。通过搭建550 W的储能系统试验平台,验证了所设计状态识别与控制电路的合理性。     

应用于超级电容储能系统的双向DC/DC变换器混沌控制方法研究

超级电容储能系统(SCESS)主要通过对双向DC/DC变换器进行控制来快速平抑直流母线电压的波动。为了抑制控制过程中所产生的一些分岔和混沌现象,提出了一种应用于SCESS的混沌控制方法。分析了该方法的控制原理,并根据非线性动力学理论建立了双向DC/DC变换器的离散迭代模型;然后设计了一种能够自动调节补偿斜率的混沌控制信号;最后对该信号作用下的异步切换函数和同步切换映射式进行了数值求解,从而绘出系统分叉图。通过仿真和试验证明,该方法能够有效抑制SCESS的分岔和混沌现象,提高了系统的稳定工作范围和动态响应速度。     

基于超级电容的双向DC-DC变换器控制研究

针对轨道交通1 500 V系统再生制动能量利用,研究了基于超级电容储能的输入串联多相并联双向DCDC变换器的控制及其系统能量管理策略。采用输入串联、多支路并联的拓扑结构降低了功率器件电压应力和电流应力及减小了无源滤波器件的体积,同时降低了1 500 V系统对储能元件超级电容的耐压及模组均压控制的要求,使得系统的可靠性更高。针对该拓扑结构的特点,结合工程实际应用,考虑超级电容容值参数差异性及大内阻的特点,以超级电容的能量利用最大化为优化目标,对其充放电过程中超级电容电荷状态误判及系统输入输出侧均压控制策略进行了优化设计。最后通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。     

基于超级电容储能型MMC的控制策略

新能源并网以及冲击性负荷接入易引发电网功率波动,会对邻近发电机组及电力系统的安全稳定构成威胁,为此提出一种基于超级电容器储能型模块化多电平变换器（modular multilevel converter, MMC）的分布式储能系统,利用双向DC/DC变换器控制储能系统的充放电过程,并给出相应参数设计原则。采用了基于双闭环PI调节和移相PWM调制技术的控制策略,控制超级电容能量均衡和MMC级联子模块电容电压稳定,引入能量管理机制控制MMC和DC/DC变换器的协同运行,实现了对中、高压系统中冲击性有功变化率的实时补偿。搭建了Matlab/Simulink模型,仿真结果验证了该装置及控制策略的有效性。     

基于超级电容储能型MMC的控制策略

新能源并网以及冲击性负荷接入易引发电网功率波动,会对邻近发电机组及电力系统的安全稳定构成威胁,为此提出一种基于超级电容器储能型模块化多电平变换器（modular multilevel converter, MMC）的分布式储能系统,利用双向DC/DC变换器控制储能系统的充放电过程,并给出相应参数设计原则。采用了基于双闭环PI调节和移相PWM调制技术的控制策略,控制超级电容能量均衡和MMC级联子模块电容电压稳定,引入能量管理机制控制MMC和DC/DC变换器的协同运行,实现了对中、高压系统中冲击性有功变化率的实时补偿。搭建了Matlab/Simulink模型,仿真结果验证了该装置及控制策略的有效性。     

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。     

三电平变换器在地铁超级电容储能中的应用

地铁超级电容储能系统具有双向稳压、功率密度高、充放电速度快和对交流电网无谐波污染等优点,是地铁再生电能吸收再利用的理想方案。DC/DC变换器作为地铁牵引网和超级电容之间的能量通道,是储能系统的核心。采用三电平DC/DC变换器,相对于两电平而言具有输入电压等级高、电流纹波小、效率高、体积小等优点。首先分析了三电平DC/DC变换器的工作原理,然后给出了超级电容及DC/DC变换器的设计方法,并详细设计了双闭环控制、前馈控制和均压策略,最后设计了1台最大功率为900 kW的超级电容储能系统,并搭建了PSCAD仿真模型,仿真结果验证了所设计的超级电容储能系统主电路和控制策略的合理性和可行性。     

双向双重DC/DC变换器及其在超级电容储能系统中的应用

针对大型集装箱起重设备的工作特点,以提高起重设备工作效率和节能环保为目的,提出采用超级电容器和双向双重DC／DC变换器来完成能量的储存及转换功能。并设计了基于单片机的软硬件系统,实现了对系统的检测与控制策略。     

基于磁集成结构DC-DC变换器的超级电容储能系统

针对电力驱动设备用电的波动性,提出一种新型磁集成的超级电容储能系统应用于电力驱动设备。该储能系统采用新型磁集成结构的DC-DC变换器,该变换器能较大地减少磁件体积和电流脉动,自身损耗小。储能系统在给设备提供足够电能的同时,还可以稳定供给电压,优化电能质量。通过MATLAB/Simulink仿真和实验结果表明,该储能系统能够很好地跟踪负载电流,及时补充欠缺电能,吸收多余电能,在负载阶跃变化时,直流母线电压变化不超过额定电压的3.33%,与传统解决方案相比,该系统具有更好的性能和工程实用价值。     

基于超级电容的城市轨道交通车辆再生制动能量吸收系统

研究采用基于超级电容器的储能器来吸收城市轨道交通车辆的再生制动能量,并在适当的时候把能量回馈直流供电电网,以减少能源浪费,达到能量的高效利用。本文提出了模块化结构的储能器功率变换方案,采用多个模块串联以适应不同供电制式牵引电网的应用场合;采用多通道电路拓扑降低了变换器功率管的电流应力;提出一种双闭环控制策略,既实现了能量的双向流动又实现了串联模块的输入端电压的自然均压;提出了一套超级电容器组均压策略以保证超级电容器组高效可靠工作,主要分为组内均压和组间均压两组电路。最后通过小功率实验平台对该再生制动能量吸收系统的关键技术进行了实验验证。     

基于前馈自抗扰控制方法的蓄电池储能控制策略

针对光储微电网系统中蓄电池储能存在抗干扰能力较弱、直流母线电压波动较大、充放电有效性差等问题,提出了基于前馈线性自抗扰控制(FF-LADRC)方法的蓄电池储能控制策略。建立双向DC-DC变换器数学模型,并在传统蓄电池双闭环储能控制的研究基础上,通过在电压环和电流环中分别引入LADRC,并且在电压环中加入前馈控制,从而完善了双闭环控制策略,以实现对蓄电池储能系统中充放电过程进行有效控制。仿真结果表明,所提基于FF-LADRC方法的蓄电池储能控制策略能够抑制直流母线电压波动,并且有效提高蓄电池储能系统的充放电性能和降低储能系统超调量。     

基于双向DC/DC的飞轮储能系统控制策略研究

基于飞轮储能系统和双向DC/DC都是能量双向流动的特点,提出一种基于双向DC/DC的飞轮储能系统控制策略,包括充电时的恒流、恒压、转速闭环复合控制策略和放电时的二自由度PI控制策略,给出飞轮储能系统组成结构及控制框图。仿真和实验结果表明,所提基于双向DC/DC的飞轮储能系统控制策略在充电方面解决了传统控制策略的局限性,控制灵活;在放电方面具有更好的抗负载干扰和目标值跟随能力。     

基于双向互补的储能系统控制策略及经济性分析

储能系统成本高、控制技术不成熟,制约了电池储能系统的大规模应用。在充分考虑电池储能系统经济性基础上,该文提出了基于双向互补的储能系统控制策略。由2组电池构成双向互补电池储能系统,通过雨流计数法计算电池充放电深度(depth of discharge,DoD),以表征电池循环寿命,并建立了双向互补储能系统充放电控制模型。基于国内某光-储联合电站实测数据,在储能系统不同充放电临界荷电状态限定范围内,对双向互补电池储能系统控制策略的经济性进行了仿真分析。仿真结果表明,与单储能系统控制策略相比,基于双向互补的电池储能系统控制策略可以有效提高电池储能系统的使用寿命,降低储能系统成本,具有良好的工程应用前景。     

混合动力电动汽车的复合电源功率分配控制策略

提出一种混合动力电动汽车的复合电源功率分配控制策略。复合电源中蓄电池作为主电源,超级电容器作为辅助电源,主电源和辅助电源各自经过一个升压变换器和升降压变换器连接至直流母线端,两种电源之间的能量转换由功率变换器实现。控制策略的控制目标为:(1)稳定直流母线电压;(2)精确跟踪超级电容器电流参考值;(3)控制系统实现全局渐近稳定。在Matlab Advisor仿真环境下对复合电源以及所提控制策略进行建模与仿真,并搭建了试验样机进行试验。仿真和试验结果表明:所提复合电源功率分配控制策略能较好地满足以上三个控制目标,充分发挥复合电源中蓄电池和超级电容器的优势。     

含超前控制的风储系统滚动最优控制策略

新一轮电力体制改革要求进一步提高风电跟踪计划能力,电池储能为此提供了途径但成本较高。为提高其经济性,提出一种风电场电池储能最优控制策略,其以最优化模型为核心,并包含超前滚动优化算法。最优化模型以储能下令次数最少为优化目标,包含统计学控制效果约束及荷电状态、死区控制等储能运行约束。超前滚动优化算法利用超短期风电功率预测,在统计学控制效果的每一个10min考核周期内进行实时的滚动超前控制,并不断修正预测误差的影响,保证各项约束得到满足。仿真结果表明,所提最优控制策略显著提高了风电跟踪计划精度,并在此前提下大幅减少了储能下令次数,且对超短期风电功率预测误差具备一定的抗干扰能力。