一种基于模糊控制的混合储能系统能量管理策略研究

混合储能系统中,锂离子电池循环寿命短和超级电容能量不足是制约混合储能发展的两大因素。文章提出了一种新型混合储能系统的能量管理策略,在综合考虑锂离子电池温度及荷电状态和超级电容荷电状态的基础上,通过模糊控制动态调节低通滤波器的时间常数,实现对混合储能的功率分配。在保证锂离子电池平滑输出的同时,减少了锂离子电池热量的产生;运用能量转移的方式对超级电容进行越限保护,提高超级电容在两种极端情况下的响应能力。算例分析表明,文章提出的功率分配策略和超级电容越限保护方法,可以有效地改善两种储能介质的出力。     

基于模糊控制与非线性优化的孤立微网能量管理策略

为减小可再生能源输出功率波动对孤立微网电能质量的影响,本文设计了一种基于模糊控制与非线性优化的能量管理策略并应用于风/光/储/柴构建的微网系统中。以能量平衡、瞬时功率控制、锂离子电池及超级电容混合储能综合协调控制为目标,开展仿真研究,并在已有的150 kW风/光/储/柴微网实验平台上进行了验证。研究表明,在非线性优化的作用下,系统动态响应快、瞬时功率缓冲控制效果好,该策略具有实用价值。     

带混合储能的微网并网控制策略研究

新能源发电的不确定性严重影响了电力系统的稳定。采用蓄电池单一储能的方式很难具有高功率密度、高效率、无污染等优点。为了克服蓄电池储能的缺点,文章将蓄电池和超级电容组成混合储能单元,利用高通滤波器将微网系统功率波动分为高、低频两部分,高频部分由超级电容直接吸收或释放,而低频功率分量与蓄电池、超级电容的剩余容量一起作为模糊控制器的输入,通过模糊规则的建立,求解出超级电容对低频功率分量的分担系数,进而计算出蓄电池和超级电容对系统功率的分担量。搭建仿真与实验平台,结果表明该控制策略充分利用了超级电容的容量,且能使整个微网系统高效稳定地运行。     

光伏电力混合储能系统的能量管理策略研究

文章提出了一种光伏电力混合储能系统的能量管理控制策略,主要应用于含有光伏电源(Photovoltaic,PV)、电池能量存储(Battery Energy Storage, BES)和交流负载的发电网络系统中。该策略能够充分利用电力系统中组合架构之间的连接关系,有效缓解了目前电网中BES系统存在的过充电、欠充电等问题,并将充放电电流控制在一个相对稳定的范围内,延长了电池的使用寿命。分别在含有传统铅酸和锂离子电池的混合能量系统中使用6 kVA电源转换器进行实验,结果证明了所提出的能量管理策略的正确性和有效性。     

提高双向调节能力的混合储能平滑风电控制策略

为有效平滑风电出力,避免电池频繁充放电,提出了基于模型预测控制-模糊控制的并网功率平滑控制策略。首先采用模型预测控制获取风电目标出力与混合储能总输出参考功率;然后,设计了基于超级电容荷电状态的模糊自适应时间常数的一阶低通滤波法,对超级电容与锂电池实现自适应功率分配;接着基于双储能系统的充放电不平衡指标设计了模糊荷电状态优化控制,同时设计了改进双储能工作模式及相应切换规则以避免荷电状态越限;最后在Matlab/Simulink平台上建模仿真,验证了该控制策略的有效性。结果表明,所提控制策略不仅可以有效平滑风电并网功率,减小储能容量与功率配置,还可以减小锂电池的充放电切换次数,提高系统的双向调节能力。     

含小水电集群的互补微网混合储能容量配置

针对功率型和能量型储能装置的特点,提出了一种由小水电群等多种分布式能源构成的微电网混合储能容量最优配置方法。基于风、光、水年出力特性曲线与全网年负荷曲线,以购置成本、运行与处理成本为目标,系统储能容量、微网瞬时功率、系统最小功率、蓄电池放电深度以及超级电容充放电电流与电压等条件为约束,采用自适应遗传算法对目标函数进行求解,得到混合储能系统中蓄电池和超级电容的最优容量。结果表明,较之传统的蓄电池储能系统,混合储能系统可以大大减小购置与运行成本。     

锂离子电池/超级电容器混合储能系统能量管理方法综述

锂离子电池/超级电容器混合储能系统因其良好的性能、较低的成本和较强的通用性,已成为应用最为广泛的混合储能系统。能量管理技术是混合储能系统的核心技术之一,也是当前主要的研究热点。为了系统地对混合储能系统能量管理方法进行综述,本文首先对锂离子电池/超级电容器混合储能系统的拓扑结构、能量管理架构以及功率分配控制进行了介绍;而后,本文将现有的混合储能系统能量管理方法分为基于经验、基于优化、基于工况模式识别和基于机器学习5大类并进行了详细的对比分析,重点针对规律性工况与随机性工况讨论了各类能量管理方法的效能,并分析了各类方法的鲁棒性与计算复杂度;最后,本文对现有的能量管理方法进行了总结,并对该领域未来的研究方向和发展趋势进行了展望。综合分析表明,提高对随机性负载未来工况的预测精度、建立更加精准的混合储能系统模型并通过云端协同进一步提升能量管理方法的实时性将是未来混合储能系统能量管理研究的重点。     

电池-超级电容器混合储能系统研究进展

储能是解决可再生能源大规模发电并网、推动新能源汽车发展、实现"碳达峰""碳中和"中长期目标的关键支撑技术.能量型储能器件与功率型储能器件组成的混合储能系统是能量管理和功率管理的高效系统,充分发挥了能量型储能的持久性和功率型储能的快速性,大幅提升了储能系统的综合性能和经济性.本文概述了能量型和功率型电化学储能技术及特点,...     

基于稳态功率修正的混合储能新型控制策略研究

超级电容在响应系统功率波动时,荷电状态与额定值相比会产生一定偏移。针对该问题,文章在直流母线电压变化率进入稳定状态后,提出了在蓄电池电流内环增加与超级电容实际荷电状态有关的扰动项,改变蓄电池及超级电容的参考电流,实现稳态下蓄电池对超级电容的功率修正,最终使超级电容的荷电状态自动恢复至额定值。将所提的基于稳态功率修正的混合储能控制策略应用于直流微网并进行仿真,结果表明,该策略能够增强混合储能可靠性,减少超级电容配置容量,提高微网的稳定性和经济性。     

基于二阶滤波的混合储能系统能量管理控制策略

针对由超级电容器与蓄电池储能构成的混合储能系统,提出一种基于改进型二阶滤波功率分配的荷电状态（state of charge,SOC）恢复控制策略。首先,分析传统一阶低通滤波算法的功率分配过程,构造具有功率误差反馈环的二阶滤波传递函数,消除传统一阶低通滤波器在响应高频功率指令时的积分作用,改善混合储能系统对目标功率指令的跟踪控制效果。然后,以归一化后的混合储能系统SOC为控制指标,制定滤波时间常数新型调整规则,动态优化混合储能系统功率分配指令。仿真结果表明,该控制策略可有效平抑风电并网功率波动,最大化利用超级电容储能可用容量,同时延长蓄电池使用寿命。     

Observer-based type-2 fuzzy approach for robust control and energy management strategy of hybrid energy storage systems

In this paper, an observer-based type-2 fuzzy method is proposed for control and energy management strategy (EMS) of the hybrid energy storage system (HESS) which can be composed of the fuel cell (FC), battery (BA), and supercapacitor (SC). The objective and main contribution of the suggested strategy is to provide: 1) Appropriate tracking performance of power sources by an observer-based control method in the presence of noise and signal ripples. 2) An observer-based composite adaptive type-2 fuzzy (OCAT2F) to approximate the voltage of power sources. 3) A dynamical model of DC-bus to guarantee the stability of closed-loop system. 4) An intelligent EMS. To have a high-power supply, the proposed EMS includes two parts; a type-2 fuzzy logic control rule table (T2FLCRT), and an observer-based robust adaptive fuzzy type-2 fuzzy (ORAT2F). Furthermore, stability analyses of the closed-loop system are provided by the input-output linearization (I-OL) approach and based on the Lyapunov theorem. The simulation results of the proposed control scheme under MATLAB/Simulink indicate that the suggested strategy can provide a suitable control performance, and stability of the whole system is achieved.     

基于建筑能源系统的混合储能技术研究现状

由于用户负荷需求的多元化和不确定性,单一类型的储能技术已不能满足高品质的建筑供能需要.通过耦合不同类型储能设备,实现多能源协调互补的混合储能技术应运而生.本文在建筑能源应用背景下,首先介绍了混合储能技术的原理,从建筑用能需求角度梳理了混合储能技术的研究进程,指出了现阶段混合储能的主要研究方向.其次基于混合储能的几种常见匹配方式,综述了热能、燃气化学能和电能等多类型能源混合存储技术的应用现状,并根据典型案例介绍了相应混合储能的系统组成、运行策略和系统特点,说明建筑用户的多能用能需求如何得到满足.最后对混合储能系统性能和经济性情况进行分析,提出了评估混合储能系统性能的重要指标和影响其经济性的主要因素.     

Robust energy management strategy based on non-linear cascade control of fuel cells-super capacitors hybrid power system

The use of super capacitors as secondary sources in fuel cell power systems with adequate energy management strategy strongly contributes to increasing the lifespan of fuel cells by protecting them against sudden variations of the load current and improves the efficiency and the dynamics of the hybrid power system, thus obtained. This paper presents an innovative management strategy of fuel cells-super capacitors hybrid power system, based on a nonlinear control using an integral hysteresis sliding mode controller combined with two cascaded linear controllers. The hybrid power system consists of the fuel cells system, the super capacitors, two power converters, the energy management system and the load. The proposed technique takes into account the physical operating limits of the secondary source such as deep discharges and excessive overloads. Furthermore, the integral effect added to the hysteresis sliding mode controller improves the robustness against disturbances and variations in parameters such as filtering inductances and DC bus capacitors. A detailed model of the system is established and simulated in Matlab/Simulink software, which allows showing its behavior with a very satisfactory accuracy. The simulation results clearly show that the proposed control strategy insures efficient and safe energy transfer. In addition, the control robustness is very satisfactory despite the variation of the system parameters.     

模块化多电平复合变换器电池储能系统容错控制策略

模块化多电平复合变换器电池储能系统(modular multi-level hybrid convert-battery energy storage system,MMHC-BESS)适用于中低压电网,有利于解决可再生能源并网问题.但随着子模块数量的增加,系统的可靠性面临着巨大的挑战.为增强储能系统的容错运行能力,针...     

Integrated control strategy of vehicle supercapacitor energy storage system based on MMC

针对单辆城轨列车在起动、制动过程中对牵引网电压造成冲击从而引起网压不稳定的问题,提出一种基于MMC的车载超级电容储能系统（车载MMC-SCESS）,该系统以MMC拓扑结构作为主电路,通过将超级电容储能单元分散接入MMC子模块中,提高系统的控制灵活性与容错性;其次以车载MMC-SCESS的整体结构为研究对象,详细分析其a相桥臂电路工作原理,总结出每个储能子模块的一般工作模式。针对该储能系统主电路结构,提出采用综合控制策略,通过控制超级电容储能单元的充放电状态来实现能量在城轨列车、直流牵引网、超级电容储能系统三者之间流动。最后在Matlab/Simulink中搭建三相五电平车载MMC-SCESS仿真模型,仿真波形验证了储能系统控制策略的可行性。     

Research on control strategy of energy storage converter based on super capacitor

为了对储能逆变器在不平衡与非线性负载时的输出电压的谐波进行抑制,本文针对双级式逆变器拓扑建立数学模型,基于模型分析了直流电容中点电压波动对逆变器输出的影响,以及不平衡输出电流和谐波电流对直流电容中点电压影响的机理,进而提出了该拓扑逆变器在不平衡和非线性负载情况下抑制交流输出电压不平衡和零序谐波的抑制策略。最后建立了MATLAB仿真模型对该控制策略进行了理论验证,并在80 kW样机上进行了实验验证,仿真和实验结果都表明了该控制策略的有效性。     

Research on ADHDP energy management strategy for fuel cell hybrid power system

Fuel cell hybrid power system is a prospective power source for electrical vehicles. To reduce hydrogen consumption and enhance dynamic performance of the system, Action Dependent Heuristic Dynamic Programming (ADHDP) energy management strategy for the fuel cell hybrid power system was proposed. Firstly, topology of the system was analyzed and mathematical model was established through mechanism analysis. Secondly, framework of the ADHDP algorithm was presented, and it was followed by training algorithm for evaluating network and executing network of ADHDP based on Back Propagation (BP) algorithm. Finally, hardware-in-the-loop (HIL) simulation of the fuel cell hybrid power system was carried out to demonstrate the proposed ADHDP algorithm under real operating conditions. The results show that evaluating network and executing network of ADHDP have good convergence performance under different operating conditions. Compared with the other algorithms, the proposed ADHDP energy management strategy has better fuel economy and dynamic performance.