基于超级电容储能系统的动态电压恢复器研究

在建立基于等效电路的超级电容器储能（SCES）系统的数学模型基础上,设计了一种超级电容器储能的动态电压恢复器（DVR）。该DVR以超级电容器为直流侧储能单元,采用非隔离型Buck-Boost双向DC／DC变换器进行双闭环功率前馈控制,采用双向电压源型DC／AC变换器进行解耦和前馈补偿控制。根据SCES的特性,确定了系统的基本运行原理,即当电源电压暂降时,通过调节DVR输出的有功功率和无功功率来维持负载电压幅值和相位的稳定。仿真实验结果验证了该DVR拓扑结构及其控制策略的正确性和有效性。     

基于超级电容器储能系统的动态电压调节器

设计了一种基于超级电容器储能系统的动态电压调节器,该调节器以超级电容器为直流侧储能单元,采用双向电压型DC/AC变换器进行解耦和前馈补偿控制,采用半桥式电压型双向DC/DC变换器进行双闭环反馈控制。仿真结果验证了该调节器拓扑结构及其控制策略的正确性和有效性。     

锂电池/超级电容混合动力系统及控制策略

混合动力轻轨车(Hybrid Light Rail Vehicle,HLRV)以锂电池作为主动力源,超级电容作为辅助动力源,具有良好的技术性与经济性。提出锂电池与超级电容分别通过Buck/Boost双向变换器并联于直流母线侧的储能主电路结构,以实现功率的双向调节并提高超级电容器利用率。为了提高系统输出功率以及减小电流纹波,采用三相交错并联结构。针对锂电池响应速度慢的问题,提出了超级电容响应负载变化,锂电池响应超级电容低频分量的间接功率控制策略。仿真结果验证了该系统以及控制策略的正确性。     

低输入直流电压的单级双向并网变换器设计

为了实现储能系统接入电网,设计了一种可接入低直流电压的双向单级并网变换器.所提出的双向并网变换器包含了1个双向直流变换电路和1个全桥电路.双向直流变换电路具有升压和降压调节能力,可在低输入直流电压和整流后的正弦电压之间执行双向功率转换.全桥电路基于前馈标称电压补偿器和重复控制算法将整流后的正弦电能并入电网,前馈标称电压...     

燃料电池／超级电容器混合发电系统能量管理策略

给出由燃料电池和超级电容器构成的混合发电系统的能量管理策略.在拓扑分析的基础上,制定了双向、单向DC/DC变换器的控制策略.在微分平滑理论的基础上,给出了基于超级电容器电流的直流母线电容能量动态轨迹规划方案,在实现负载快速跟踪的同时,缓解了超级电容器的暂态大电流状况.提出了燃料电池输出功率的模糊控制律,充分考虑燃料电池与超级电容器的工作状态,调节燃料电池出力,在保证负载正常供给的前提下,维持超级电容器储能为给定值.引入了超级电容器及燃料电池电流饱和方程,确保发电系统安全运行及其使用寿命.仿真分析验证了该能量管理策略的正确性,还展示了该发电系统对负载功率的调节作用.     

高效双向DC/DC变换器

通过分析DC/DC变换器的工作方式,总结出一种应用于串联超级电容器组单体电压动态均衡电路的变换器——高效双向推挽DC/DC变换器,并选择了合适的控制芯片和驱动方式。该方案具有电路拓扑简洁、双向功率流动、控制简单、变换效率高、可靠性高等优点。     

双向直流变换器控制方法

双向直流变换器配合蓄电池或超级电容等化学储能元件应用在具有直流母线支撑的系统中时,其主要控制目标为结合储能元件的荷电状态实现负载的稳定工作。当负载功率大于主供电功率时,控制储能元件释放能量以满足负载功率需求;当负载功率小于主供电功率时,控制储能元件吸收能量以避免母线电压上升。归纳和总结了现有的双向控制方法,详细分析了储能系统中变换器两端均为直流源的应用场合时双向直流变换器的双向切换原理,重点研究了采用带有方向信息的电感电流平均值作为电流内环、直流母线电压作为电压外环的双向控制方法。针对该控制方法中存在的母线电压波动和电池频繁充放电的问题,阐述了相应的优化措施。     

车用双向DC/DC控制策略研究及参数选择

汽车负载的特殊性以及直流母线电压须按后级电机调速需要来自动调整,这就要求车用双向DC/DC变换器具有更高性能。带汽车负载的双向DC/DC变换器工作范围大,传统控制策略下,变换器有稳定性及动态性能受电路工作点影响较大等不足。对传统双向DC/DC控制策略进行改进,优化设计前馈通道,保证了变换器大范围内稳定性以及动态响应性能,同时也降低了负载功率扰动对母线电压不利影响。最后对带电动汽车负载的含双向DC/DC永磁同步电机驱动系统进行仿真,仿真结果验证了所提控制策略有效性。     

多能互补新能源电站协调控制策略研究

基于对系统功率出力平滑控制的控制研究,结合光能、化学能和电能的优点提出了一种多能互补新能源电站的协调控制策略,采用MPPT控制光伏发电系统,通过控制双向DC-DC逆变器实现蓄电池、超级电容器和氢燃料电池充放电,保证了直流母线电压的稳定。利用蓄电池和超级电容器能量互补特点,通过对电容两端电压的前馈闭环来削弱由负载电流变化引起系统闭环极点改变的影响,实现对储能系统的优化管理。建立多能互补协调控制系统的仿真模型,仿真结果表明,该系统可以解决因光伏功率和负载变化而导致电网电压波动的问题,减少光伏电站因减少功率波动造成的主动削减不可恢复的功率,避免了一定的能量损失,增加了可再生能源运行柔性和经济上的效益最大化。     

基于超级电容器的脉冲电源设计

便携式电子设备、电磁弹射装置等功率型负载日益增多,普通电源无法给这类负载提供持续且可控的功率需求。针对这一问题,此处设计了一种基于超级电容器的脉冲电源,超级电容器作为功率源,主电路选择反激式变换器,利用模糊比例积分微分(PID)算法设计基于电压闭环的控制电路。在Matlab/Simulink软件中对基于超级电容器的脉冲电源进行仿真研究,并搭建硬件实物平台进行实验验证,仿真和实验结果表明:超级电容器可发挥其比功率大的优势,并满足负载的脉冲功率需求。     

电动汽车复合能源系统设计

为解决燃油汽车带来的环境、能源等负面问题,推进新能源在汽车领域的应用逐渐成为人们关注的焦点。文中基于太阳能电池、超级电容和蓄电池3种能量源,对电动汽车复合能源系统进行了研究。针对各能量源的特性设计了基于Boost电路的最大功率点跟踪控制器以及连接超级电容与直流总线的电流双象限DC/DC变换器,并通过MATLAB仿真工具箱对其进行了仿真,进而确定了电路参数。同时,基于电流约束设计了系统的总体控制策略,并进行了相关测试。实验结果表明,复合能源系统可对太阳能电池进行最大功率点跟踪,而且巧妙融合了超级电容的高比功率以及蓄电池高比能量的特点,有效缩短了蓄电池大电流放电的时间,改善了电动汽车启动及加速时的性能。     

超级铅蓄电池研究进展

超级铅蓄电池是将超级电容器的活性炭电极材料应用到传统铅蓄电池之上的一种新型铅蓄电池,它在电动汽车与规模储能方面有良好的应用前景.介绍了超级铅蓄电池内部活性炭材料的作用机制,综述了近两年来超级铅蓄电池的研究进展.     

电子电力变压器储能系统及其最优控制

为了使电子电力变压器具备跨越瞬时电压中断的能力,提高供电可靠性,对应用于电子电力变压器的储能系统进行了研究。所提储能系统由一个超级电容储能单元和一个双向直流变换器组成,储能单元通过直流变换器和电子电力变压器相连。为了提高储能系统中直流变换器的控制性能,提出了一种基于线性二次型调节的优化控制策略。最后,所提系统在基于DSPTMS320F2812所构建的实验系统下进行了实验验证。实验结果证明了基于超级电容储能的电子电力变压器具备跨越瞬时电压中断的能力和所提优化控制策略的有效性。     

Modeling and Management of Batteries and Ultracapacitors for Renewable Energy Support in Electric Power Systems–An Overview

Abstract—Energy storage devices and systems are playing a major role in all electrical systems from small electronics devices and automotive systems to the utility grid. The main objective of this article is to review energy storage devices, management, control, interface, and demonstrations for electrical power systems. Various types of energy storage systems are discussed, but the main focus is on batteries and ultracapacitors. Different types of batteries and their electrical models are explained. Three major types of ultracapcitors are also discussed. The battery management system and its functions, controls, and hardware are discussed. Various power electronics-based interface systems for battery and ultracapcitor charging and discharging are presented. Applications of energy storage systems for utility applications, including renewable firming, power shifting, and ancillary services, are discussed.     

Analysis and evaluation of charge-balancing circuits on performance, reliability, and lifetime of supercapacitor systems

Supercapacitors, also known as ultracapacitors or electric double-layer capacitors (ELDCs), are electrical energy storage devices, which offer high power density, extremely high cycling capability, and mechanical robustness. Due to their electrical performance, supercapacitors have a high potential to be used in industrial applications. To improve the performance, reliability, and lifetime of these capacitors, charge-balancing circuits are employed. In this paper, different equalization concepts are analyzed and evaluated. In addition, a simulation approach for the design of supercapacitor systems is proposed. As an example, results from an automotive application are presented.     

超级电容器组单体电压的动态均衡

本文针对超级电容器在串联中存在的问题,介绍了一种利用先进的高效率双向DC—DC变换技术,将多个双向推挽变换器通过一个多绕组的变压器实现相互耦合,应用多源激励变压器原理的超级电容器组单体电压的动态均衡电路,通过能量的耦合,实现了串联超级电容器组单体电压的实时动态均衡,使超级电容器组延长有效使用寿命,提高了超级电容器的工作可靠性。     

基于IGDT的含广义储能的独立直流微网日前优化调度

微电网的能量管理与优化调度作为构建新型电力系统的重要环节,提高其可再生能源的消纳水平、降低源荷不确定性风险以及优化系统运行成本具有重要意义。因此,文中提出一种基于信息间隙决策理论(information gap decision theory, IGDT)的含广义储能的独立直流微电网日前优化调度模型。首先,构建含超级电容的混合储能系统,以降低蓄电池运行成本,将具备虚拟储能特性的柔性负荷与混合储能相结合,形成广义储能,充分发挥微电网系统内灵活性资源特性;其次,考虑系统风光荷不确定性,引入IGDT模型,在确定性模型基础上建立风险规避策略下的鲁棒模型和风险投机策略下的机会模型,从2种决策角度追求降低风险与最大化收益;最后,基于算例仿真分析,证明该调度策略在降低微电网运行成本的基础上可量化不确定性因素对系统调度决策的影响,验证了模型的有效性和可参考性。     

风-光电站中储能系统混合最优配置及其经济性研究

储能是解决大规模可再生能源并网问题的重要手段,然而,储能系统的投资成本高、运维损耗大,且不同类型储能系统的技术经济参数存在差异。因此,研究不同类型储能系统的混合优化配置及其经济性具有十分重要的意义。提出风光电站内容量型和功率型储能系统混合配置优化方法,以储能系统全生命周期净收益最大为目标,采用遗传算法进行求解;以张家口地区风光电站实际运行数据和当前3种主流储能电池实际参数为例,分析不同敏感性因素对储能系统选型及容量配置的影响。算例结果表明：容量型储能系统的经济性对电池价格变化更为敏感;液流电池及超级电容混合配置的经济性最佳。     

风-光电站中储能系统混合最优配置及其经济性研究

储能是解决大规模可再生能源并网问题的重要手段,然而,储能系统的投资成本高、运维损耗大,且不同类型储能系统的技术经济参数存在差异。因此,研究不同类型储能系统的混合优化配置及其经济性具有十分重要的意义。提出风光电站内容量型和功率型储能系统混合配置优化方法,以储能系统全生命周期净收益最大为目标,采用遗传算法进行求解;以张家口地区风光电站实际运行数据和当前3种主流储能电池实际参数为例,分析不同敏感性因素对储能系统选型及容量配置的影响。算例结果表明：容量型储能系统的经济性对电池价格变化更为敏感;液流电池及超级电容混合配置的经济性最佳。     

新能源发电中储能综合利用的优化评估

储能装置的利用可以提高新能源的消纳,对调整能源生产结构具有重要意义。现今储能在消纳新能源中存在功能利用单一问题。提出了同一储能装置分时段对系统负荷进行削峰填谷和提高新能源出力预报精度的综合利用方法和相应的控制策略,同时构建了储能综合利用各功能的效益评估模型,并采用神经网络遗传算法对模型了进行优化。最后应用Matlab/Simulink进行算例仿真,结果表明储能的综合利用收益比均比同等单一功能利用收益高,提高了新能源消纳,并且使新能源发电更安全、稳定地服从系统调度。