直流供电系统中超级电容应用研究

随着自动化程度的不断提高,在直流供电系统负载中,精密的自动化设备越来越多,而依靠单一的蓄电池供电的直流系统,越来越不能满足通信、保护、控制等系统的高可靠性要求的需要。本文介绍了一种新兴的直流供电方式的应用,利用超级电容与蓄电池组成的新型储能系统,提高了直流供电系统的稳定性和可靠性,通过实际应用的数据和图表,验证了该储能系统的实践效果,为其进一步的开发与研究提供参考。     

一种蓄电池和超级电容器混合储能系统及其能量分配策略

文章研究了一种基于蓄电池和超级电容的混合储能系统(Hybrid Energy Storage System,HESS),并将其应用于直流微电网系统。针对脉动功率突变对直流母线电压及蓄电池组正常运行造成剧烈冲击的问题,提出了一种基于移动平均滤波算法的混合储能系统能量分配控制策略,由蓄电池组承担平缓的功率变化,而由超级电容器补偿脉动负荷的功率突变,从而优化蓄电池充放电过程,减小蓄电池充放电循环次数,延长其使用寿命。文章首先对其拓扑结构及工作原理做了介绍,然后详细分析了所提出的能量分配策略,最后通过实验验证了提出的能量分配策略的有效性。     

直流系统混合储能与蓄电池单独储能的对比

针对变电站和发电厂直流系统中铅酸蓄电池容量裕度高、输出功率易下降、可靠性低等问题,结合超级电容器比功率大的优点,使用两者组成了一种混合储能直流系统,改进现有的铅酸蓄电池单独储能系统。首先对比分析了超级电容器与铅酸蓄电池的技术参数;然后给出了混合储能直流系统的电路拓扑、工作原理和相关元件数学模型;最后,针对突加负载的工况,分别通过仿真计算和实验研究,对比分析了蓄电池单独储能与混合储能系统的性能。结果表明,混合储能系统能够有效提高直流系统输出功率,减小蓄电池配置容量裕度,增强系统可靠性,具有良好的工程应用价值。     

海岛直流微网复合储能系统控制策略设计与实现

针对海岛直流微网中发电微源输出功率不稳定造成的母线电压大幅度波动问题,基于300 kW海洋能集成供电系统的功率输出特点,采用由蓄电池和超级电容组成的复合储能系统,对其3种拓扑结构进行了对比分析,优选了对该供电系统而言最佳的拓扑结构,并提出了一种新型复合储能协调控制策略。该控制策略依据母线电压的3个阈值将系统划分成5个工作区域,储能系统依据直流母线电压值实现充放电工作模式的自动识别和切换;以蓄电池为主要出力单元,避免超级电容的频繁投切,减少不必要开关动作造成的系统谐波。利用搭建的实验平台验证了所述控制策略的有效性和可靠性。     

考虑混合储能系统的城市轨道交通供电系统仿真研究

研究采用超级电容-蓄电池的混合储能系统来吸收城市轨道交通车辆的再生制动能量。并且在适当的时候将能量回馈直流供电电网,达到稳定网压和节能减排的作用。本文采用独立理想电压源模拟混合储能系统,建立带有地面式混合储能系统的直流供电系统网络模型。并且采用修改节点电压法进行求解。提出一种能量管理策略。保证超级电容优先响应瞬间功率需求,蓄电池浅充浅放的原则。通过网压判断和能量管理策略,形成了储能系统充电、放电、保持的三种状态。在开发的考虑混合储能系统的城市轨道供电系统仿真平台上动态模拟。     

蓄电池-超级电容混合储能系统惯性控制策略

为抑制直流微电网母线电压波动,保障直流微电网稳定安全运行,提出一种混合储能系统惯性控制策略, 实现控制混合储能系统产生虚拟惯性来更好地维持直流母线电压稳定.该控制策略采用下垂控制和虚拟直流发电机控 制共同构成混合储能惯性控制策略,使得 DC/DC变换器不仅保有下垂特性还具有惯性特性.在 MATLAB/Simulink 平台上进行仿真试验,仿真试验结果表明通过下垂＋虚拟直流发电机的惯性控制方法,实现了直流微电网中各模块按 下垂系数进行功率分配的同时,混合储能系统能更好地响应直流母线上的功率波动,大幅度减小母线电压波动,并平 滑蓄电池的功率输出,延长蓄电池的使用寿命。     

基于改进比例控制的STATCOM/BESS直流侧功率动态分配方法

在静止无功补偿器的直流侧并联蓄电池储能系统,可以解决微电网中因可再生能源发电波动性引起的供电质量降低的问题,当静止同步补偿器直流侧并联多个蓄电池储能系统时,为了均衡直流侧各个蓄电池储能系统的功率,提出了一种基于改进比例控制的直流侧功率动态分配方法。该方法以各个储能单元的荷电状态平均数为控制目标,对各个储能单元实时的So C采用一种可变比例系数控制,其控制量决定各个储能单元功率分配,可以实现So C较高的模块在放电时输出较多功率。同时So C较低的模块在充电时吸收较多功率,还可以在系统只输出无功功率时实现So C较高的模块给So C较低的模块充电。结果表明:在动态功率均衡控制中通过在线改变比例系数,可以有效地提高模块的利用率,快速完成模块之间的功率均衡。最后,仿真和实验结果验证了所提控制方法的正确性。     

基于直流微电网的混合储能协调控制策略仿真研究

针对直流微电网中光伏发电单元出力的波动性和间歇性造成系统内部功率不平衡的问题,混合储能系统可以同时发挥蓄电池高能量密度和超级电容高功率密度的优势,根据直流母线电压进行混合储能单元间的协调控制策略。该策略将直流母线电压进行分层控制,采用四个电压阈值共分成五个控制区域,以直流母线电压为信息载体,决定储能系统的运行状态,实现对混合储能单元的充电、放电模式间自主切换。电压分层控制有效地避免了蓄电池由于电压波动而频繁进行充放电切换,从而延长了电池的使用寿命。最后,MATLAB/Simulink的仿真结果验证了所提控制策略的可行性。     

风光互补发电蓄电池超级电容器混合储能研究

提出一种风光互补发电中的超级电容器与蓄电池混合储能系统,充分利用蓄电池能量密度大和超级电容器功率密度大、循环寿命长的优点,大大提升了储能系统的性能。建立了混合储能系统的模型和控制环节,并进行实验,结果表明,在发电功率和负载功率脉动时,蓄电池能够工作在优化的充放电状态,有效减少了充放电循环次数,延长了使用寿命,提高了系统的工作效率。该系统对解决新能源发电系统中储能问题,具有十分重要意义。     

采用混合储能装置的独立光伏系统研究

外部环境的不稳定性,对光伏发电系统的输出电能造成影响,为了提高光伏发电系统的稳定供电能力,建立了一个以超级电容器和蓄电池为混合储能单元的独立光伏发电供电系统,通过对双管双向变流器的控制,实现光伏发电系统直流母线与超级电容器和蓄电池之间的能量流动,有效地稳定了供电系统的输出电压;另外根据蓄电池的结构特性,建立了非线性数学模型,通过PID控制改变双向功率变换器的占空比来控制蓄电池组的充电电流,实现分段恒流充电,使蓄电池始终处于优化的充放电状态.     

园区综合能源系统互联安全性与运营模式研究

首先提出了基于公共储能的园区综合能源系统互联方案,系统间通过公共储能的直流母线互联,在低压侧实现闭环运行;其次,提出实时动态组网技术提升故障时系统供能安全性,提出综合能源优化调配技术实现分布式电源的完全就地消纳;再次,分析了园区综合能源系统互联前后的供能安全性和技术经济性,针对互联后产生的增量收益,提出了多主体参与的商业运营模式,实现了储能投资商、能源服务公司和用户的三方共赢;最后,将研究成果应用于实际的园区综合能源系统改造工程,运行结果验证了理论技术的先进性。     

直流微电网电源系统混合储能电机回路控制方法研究

直流微电网电源系统混合储能电机回路控制能够有效平稳电路,以往大多以人为调整参数的形式进行控制,控制效率低下且调整过程中存在误差值,导致控制精度下降。提出一种新的直流微电网电源系统混合储能电机回路控制方法,先详细分析直流微电网电源系统混合储能电机回路详情,通过基于回路的正向响应控制策略与基于回路的反向响应控制策略,实现直流微电网电源系统混合储能电机回路控制。研究结果验证了所提方法有效性,且与其他控制方法相比,该方法在并网与离网两种状况控制下,直流微电网电源系统各方面数值标准性均高于95%,并能够在短时间内将直流微电网电源系统混合储能功能稳定性控制在期望标准中,控制性能显著。     

考虑储能电站服务的冷热电多微网系统优化经济调度

提出一种考虑储能电站服务的冷热电多微网系统日前优化调度方法。首先提出在多微网系统建立公共储能电站,并给出用户侧储能电站服务模式;然后将储能电站服务应用到冷热电联供型多微网系统优化调度,通过协调微网与储能电站间的交互功率,实现微网内冷热电负荷功率平衡和运行经济成本最优;最后以典型场景为例,对冷热电联供型多微网系统在3种运行方式下进行经济优化调度分析。结果表明,所提冷热电多微网系统优化调度方法可以充分发挥公用储能电站的充放电灵活性,实现微网多余电能的时域转移和可再生能源发电的100%消纳,并降低多微网系统的运行成本。     

VRLA蓄电池的可靠性和主动维护

VRLA铅酸蓄电池是当前通信电源系统中采用的主要的储能装置。与传统的VLA蓄电池相比,VRLA铅酸蓄电池的主要优点是维护工作量较小,主要缺点是寿命短。而且,其实际的寿命比设计寿命低得多。因此,VRLA蓄电池的可靠性在一定程度上受到限制。为了确保VRLA蓄电池系统的安全可靠,必须积极主动地进行维护工作。本文分析VRLA蓄电池早期故障的原因,讨论延长VRLA蓄电池寿命,提高VRLA蓄电池供电系统的可靠性的途径,提出VRLA蓄电池主动维护和运行数据分析方法。     

应对区域供电线路故障的多功能复合储能优化配置方法

区域供电线路故障会使部分线路出现短时拥塞,同时区域内重要负荷供电不足,导致大量切机和切负荷。针对这一问题,提出一种应对区域供电线路故障的多功能复合储能优化配置方法。该配置方法考虑了各发电单元在线路故障发生后的响应时间,优化配置功率型储能和切除部分非关键性负荷以缓解线路短时拥塞。考虑重要负荷在故障检修期间的供电需求指标,在已有功率型储能基础上,协调优化配置能量型储能以保障区内重要负荷供电。最后,以复合储能整体投资费用最小为优化目标,结合实际电力系统算例进行了仿真,对影响配置结果的关键参数进行了灵敏度计算,深入分析了复合储能优化配置的相关原理,验证了所提模型和方法的正确性。     

大规模压缩空气储能系统发电方式与运行控制分析与构想

压缩空气储能是一种充放电循环次数多、使用寿命长、可大规模储存电能的清洁环保的物理储能技术,适合于电网级大规模应用场合。文中分析了大规模压缩空气储能系统常规定速发电方式特点,提出了基于全控器件励磁的定速恒频同步储能机组控制策略,以获得更强的励磁能力和抑制系统振荡的能力,实现提升储能机组辅助服务能力。为了提高综合能效,提出了基于变速恒频双馈发电机组和变速变频直驱发电机组的大规模压缩空气储能变速发电方案构想,并分析了其典型运行控制策略,该变速发电方案具有提升储能机组控制功能及辅助服务能力的潜力。最后,分析了大规模压缩空气储能发电运行控制面临的挑战。     

基于磁悬浮飞轮储能的脉冲功率电源系统设计

设计构建了一套基于磁悬浮飞轮储能的脉冲功率电源系统,该系统主要包括储能部分、充电部分、放电部分及监控系统。储能部分采用磁悬浮飞轮储能装置,充电部分采用充电电源和充电机,放电部分采用逆变器和变压器,监控系统实现对整个系统的数据采集、存储、监视和控制。系统的运行状态包括静止状态、启动状态、充电状态、放电状态、待机状态和停机状态。通过监控系统对整个系统的运行状态进行协同控制,保持系统正常运行。搭建模拟测试系统进行了实验测试,结果表明,测试系统能够在3 ms内快速响应,输出秒级的脉冲平顶波。该系统采用模块化设计,容量配置灵活,响应速度快,使用寿命长,建设周期短,运维简单,可满足多种应用场景下的脉冲功率电源需求。     

考虑短时供能的综合能源系统能源最大化利用

研究了综合能源系统脱网情况下短时间尺度内的能源最大化利用问题。首先针对孤网下重要负荷短时供能需求，提出了多能流协调的触发式调度策略。该策略将整个系统划分为风光储发电系统和冷热联供系统，并按照能源最大化利用的原则制定了各供能设备的出力优先级。在此基础上，针对风光储发电系统，制定了多储能单元协调的功率分配策略，各储能单元按照可调度容量之比进行充/放电，在短时间内最大化利用各储能单元的容量。针对冷热联供系统，制定了燃气机预留最小电功率PQ.Lmin动态设置方法，根据不同时段供用能情况动态调整PQ.Lmin的大小，保持燃气机始终运行在最高效状态，最大限度输出冷/热/电能。算例分析结果表明：所提策略可以在短时间内充分利用多种供能设备，有效延长供能时间，实现能源在短时间内的最大化利用。     

储能系统参与多应用场景的协同运行策略

风电出力与负荷需求的时序关系导致仅用于风电消纳的储能具有闲置的时段和容量,故其利用率低、经济效益不佳.针对该问题,探讨了利用此类储能的闲置容量和功率参与电力能量市场和备用辅助服务市场的可行性和兼容性,并提出储能系统参与3种应用场景的协同运行策略,以提高储能利用率.首先,通过最优机组组合问题研究储能用于促进风电消纳的运行计划.然后,优化利用储能闲置容量和功率参与电力能量市场和备用辅助服务市场,修正储能系统运行计划.此外,在储能投标备用容量时设置预留容量空间以保证备用可用.算例仿真验证了该方法可显著提高储能运营收益,并分析了储能初始荷电状态、容量和功率对各应用场景下收益的影响.     

飞轮储能分布式电能控制技术放电部分的仿真研究

采用集中式供电的电力供应存在着几方面的问题,飞轮储能技术是实现分布式能源技术的一个较好方案,建立了飞轮储能系统放电部分的仿真模型,包括机械能转电能,Boost电压提升电路以及DC-AC逆变过程实现50 Hz交流电。仿真结果表明所建立的仿真模型是正确的,该模型可为直流无刷电机/发电机的设计提供参考依据,在此基础上并为Boost电路和DC-AC转换过程的数字信号处理器控制提供技术上的指导。