使用超级电容的太阳能路灯系统的仿真研究

太阳光照变化影响到太阳能路灯系统中蓄电池充电条件,弱光下光伏电池的最大功率点跟踪控制算法难以匹配蓄电池的充电要求。本文使用超级电容减小光照变化对充电条件的影响,通过推导升压变换器的最大升压比,着重分析了在弱光照情况下蓄电池的充电控制策略,并提出超级电容容量的计算方法。系统设计在保证光伏电池获得最大功率跟踪的同时,也满足蓄电池的充电要求。本文建立simulink/matlab仿真模型验证设计方法的有效性。     

基于双模MPPT控制的光伏充电设计

本文提出一种光伏充电设计方案,在不同的光照强度下,采用不同模式的最大功率点跟踪方法(MPPT)来控制光伏电池板的输出特性。强光照时,MPPT采用变步长电导增量法,对锂电池和超级电容充电;弱光照时,不能对锂电池直接充电。MPPT采用扰动观察法,对超级电容充电,超级电容蓄能后对锂电池进行充电。本文设计基于MSP430F5132的控制系统平台进行实验验证,结果表明,能够高效地利用太阳能对锂电池进行充电。     

阶梯式快速混合储能系统设计及控制策略研究

针对微风、弱光条件下,风能、太阳能发电系统中储能设备效率低的问题,提出超级电容器阶梯式快速储能模型,并以超级电容器和锂电池为基本储能元件设计了阶梯式快速混合储能系统。基于超级电容器快速充放电的特点,将多个超级电容器串联,设计了一种阶梯式快速储能设备。利用锂电池能量密度大的特点,将阶梯式快速储能设备与锂电池结合,设计实现了一种阶梯式快速混合储能系统。该系统可实现充电、控制、保护和显示等功能。经过试验验证,该系统可解决风力、光伏发电机在微风、弱光状态下,电池低电压运行的储能问题,有效提高了微能的利用率。     

电动汽车充电方案与控制策略

针对光伏和储能供电对电动汽车充电的协同问题,提出了一种光伏和超级电容储能的充电方案。该充电方案充分利用大功率储能设备超级电容以保证供电的持续性和可靠性。同时提出了一种基于超级电容储能的模糊双闭环PI控制策略,采用电压外环模糊PI控制及电流内环PI控制的方法,提高光伏母线输出电压的稳定性。利用MATLAB/Simulink仿真软件建立电动汽车充电和模糊PI控制器模型,仿真并验证了上述储能方案与控制策略的可行性和有效性。     

局部阴影条件下太阳能电池-超级电容器件的充放电控制方法

局部阴影条件下,传统光伏阵列中被遮挡光伏组件和未遮挡光伏组件的功率输出特性不一致,导致光伏阵列的功率输出曲线存在多峰值。为此,利用太阳能电池-超级电容器件(Solar cell-supercapacitor device, SCSD)的发电-储能双重功能,构建了以SCSD为基本单元的光伏阵列,并对正常光照和局部阴影下SCSD的数学模型及工作特性进行了分析。在此基础上,提出了一种基于开关网络的充放电控制方法。局部阴影下利用开关网络变换不仅能对SCSD进行独立控制,实现SCSD内部的超级电容对本身光伏功率缺额进行补偿,而且能控制多个SCSD的超级电容相互配合,共同补偿光伏功率缺额。最后基于Matlab仿真,验证了该方法不仅能有效避免储能电池组不均衡问题,而且能在局部阴影下使光伏阵列输出功率曲线恢复单峰值,最大限度地降低局部阴影下的光伏功率波动。     

基于串并联切换的超级电容充电法

超级电容是一种新型储能元件,但由于其单体额定电压较低,故需要串联使用。为解决在串联使用中会出现电压不均衡的问题,提出了一种利用两组N沟道MOS管作为开关的串并联切换电路,让超级电容在并联条件下充电,在串联条件下放电,从而有效地避免了因串联充电电压不均衡导致的电容击穿现象。实验结果表明:在未使用串并联切换充电法情况下,超级电容的充电电压不均衡度达到14.19%,而使用串并联切换充电法后仅为0.22%;在放电能量上,可提升约13.18%。     

减缓配电网冲击的超级电容储能站充电技术

基于超级电容预储能的城市公交电车充电站可以有效减缓充电站对配电网的冲击。对充电站的超级电容组充电策略进行研究,提出了适用于不同容量和SOC(荷电状态)、特别是在不平衡电网条件下的充电策略。为实现对三相四线制PWM(脉冲宽度调制)整流装置在不平衡电网下输出电压二倍频的抑制及单位功率因数控制,研究了正负序电流解耦控制算法;为保证PWM整流装置输出电容电压均衡,研究了电容电压均衡控制策略;为实现不同负载下超级电容组充电电流的连续性,研究了三电平DC/DC变换器电流闭环控制策略,提出基于超级电容组SOC的充电策略。通过Simulink仿真,验证了超级电容组充电策略的正确性和有效性。     

基于混合储能荷电状态的光伏直流微网系统能量分配策略

针对混合储能系统在平抑光伏波动以及负荷投切时荷电状态(SOC)易越限问题,提出一种基于混合储能SOC的多模式协调控制策略。在传统低通滤波功率分配的基础上,提出一种基于超级电容荷电状态的动态功率修正策略,使超级电容出力后SOC向安全状态恢复;同时,为避免蓄电池频繁切换充放电状态,在其响应环节加入优化后的延时控制。此外,根据光伏出力情况、混合储能SOC,设计出满足直流微网系统动态平衡的六种运行模式,实时调节各储能单元出力情况。在MATLAB/Simulink中搭建了光伏直流微网混合储能系统仿真模型,仿真结果表明所提策略在各工况下均能稳定运行,有效延长了储能介质使用寿命。     

恒压充电模式下独立光伏储能系统的鲁棒稳定控制器设计

为提高独立光伏储能系统的可靠性,提出了恒压充电模式下光伏接口变换器的鲁棒PI控制器参数的设计准则和设计方法。针对采用前置电容Boost变换器的独立光伏储能系统,建立了包含太阳能电池动态模型的系统小信号模型,基于劳斯稳定判据分析了恒压充电模式下变换器的稳定工作条件。分析结果表明,太阳能电池的二极管动态电阻rD和动态电容CD会影响系统稳定性。rD越小系统越难稳定,而rD与温度和光照等运行环境和负载大小均有关,必须在最小rD的工况下设计输出电压控制器参数,而此时,CD电容效应可忽略不计。基于该设计准则和方法所得到的PI控制器参数具有很好的鲁棒性,可以确保独立光伏储能系统在实际变参数运行条件下的稳定。     

光伏发电-超级电容储能并网系统的直流母线电压稳定控制

光伏发电并网系统因太阳能的周期性和间歇性会对电网造成扰动,影响电网的安全稳定运行。针对双级式光伏并网发电系统,在直流母线侧增加超级电容储能可以平抑光伏发电功率的波动。从控制功能的角度,将光伏发电-超级电容储能并网系统分为光伏发电、逆变器和超级电容储能3个功能独立的子系统;建立了各子系统的数学模型,并在此基础上分析确定各子系统分别实现最大功率跟踪控制、恒功率控制和直流母线电压稳定控制的具体方案;针对直流母线电压的稳定控制,提出一种基于鲁棒渐近跟踪控制的方法。通过模拟不同辐照强度,不同电网有功-无功功率需求等多种工况进行仿真验证。结果表明,所提控制功能划分合理,控制方法有效且兼有较好性能。     

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。     

基于模式切换的独立光伏发电系统的设计

传统独立光伏发电系统以蓄电池作为储能装置,难以满足负载动态响应性能要求。基于超级电容器,研究了独立光伏直流发电系统的相关技术,提出新型的能量管理模式,根据外界环境变化,系统前级电路在MPPT模式与恒压模式中切换,后级电路在充电模式、放电模式与待机模式中切换。仿真结果表明,新型能量管理模式与控制策略具有良好的控制效果,系统可以高效优良地工作在现实环境中。     

含超级电容混合储能系统直流微电网功率分配策略

针对直流微电网中微电源功率输出不稳定以及负荷波动导致直流母线电压偏移问题,提出一种含超级电容和蓄电池的混合储能系统充放电控制策略。该控制策略将储能系统分为5种工作模式,控制系统根据直流母线电压值选择混合储能系统的工作模式,实现蓄电池与超级电容在充电、放电及空闲模式间自由切换,从而维持直流母线电压稳定。通过Matlab/Simulink软件搭建系统模型,仿真结果表明,采用该控制策略可使直流母线电压保持在电压偏移允许范围内。     

2 MW有轨电车充电装置研究

超级电容储能作为动力的有轨电车已成为一种新型绿色清洁能源的交通工具。介绍了2 MW有轨电车充电装置的系统结构,具有PWM整流器和BUCK变换器两级变换单元,两级变换单元均可以通过单元并联方式进行扩容,满足大功率应用场合,能够输出较宽范围的直流电压满足超级电容工作电压。MATLAB仿真和试验结果验证了充电装置能够快速、有效地给超级电容充电。有轨电车充电装置已成功应用于工程项目。     

混合储能的独立光伏系统充电控制研究

超级电容的功率密度大,循环寿命长,很适合与能量密度大的蓄电池相结合,共同组成独立式光伏发电系统的储能部分。在此分析比较了两种储能器件的各项参数,针对光伏发电系统的特点,提出了一种应用于蓄电池与超级电容混合储能系统的充电控制方案。通过监视系统供电状态,减少蓄电池不必要的接入,达到延长蓄电池循环寿命的目的。实验结果表明,蓄电池与超级电容混合储能明显提高了系统的瞬时功率输出,降低了蓄电池的电流脉动,并减少其充放电循环次数,有效延长了蓄电池的使用寿命。     

基于超级电容的太阳能电池最大功率跟踪储能方法

采用超级电容串联分组充电的方法进行太阳能电池最大功率自动跟踪储能,给出一款具体的实现电路。电路采用π形开关网络和单片机直控低阻双向电子开关,利用并联在充电端的功率检测电容进行最大功率电压U_(pmax)的测量,超级电容的串联分组充电电路的实测效率达83%。该方法还适合于输入端为间歇性小功率低电压充电、输出端为间歇性大功率高电压供电的场合。     

基于超级电容有轨电车的储能变流器并网充电研究

储能有轨电车以其无须架设外部供电网、零尾气排放等优点受到广泛关注,其储能单元由充电速度快、充电效率高的超级电容组成,其快速储能技术在短时大功率应用中有较好的技术经济性,非常适用于有轨电车储能。针对传统有轨电车充电装置存在的诸多问题,提出了一种有轨电车新型供电系统,即通过储能变流器并网控制,采用超级电容储能供电方式。仿真及试验结果表明,该供电方式具有功率因数可控、谐波含量低以及输出电压稳定性好等优点,具有极高的推广应用价值。     

面向光储泵提水系统的多端口变换器

针对光储泵一体化提水系统，提出一种新的部分隔离型多端口变换器。原边利用同步Buck电路与移相全桥电路并联的方式，接入超级电容和储能电池，并通过移相全桥超前桥臂的复用接入光伏；副边采用同步Buck电路实现水泵的变压恒速控制。然后，设计混合控制策略，利用电压比较器实现光伏最大功率跟踪和储能电池限压控制的自适应切换，并采用超级电容功率控制的方法抑制负载转矩和光伏发电的高频功率波动。最后，通过Matlab/Simulink仿真验证了所设计多端口变换器的有效性和适用性。     

宽范围电能变换系统及其应用

为了进行宽范围的电能变换,设计了一种新型的电能变换系统。该变换系统由一种新型的变比可调变压器和电力电子电路构成,根据变压器工作频率的不同,系统可分为工频和中频两种拓扑结构。变比可调变压器是整个变换系统的核心,因而详细介绍了其结构、变比切换顺序、限流电阻的选择以及变比的设计。以超级电容储能的应用为例,介绍了中频变换系统在超级电容放电和充电两种情况下的工作模式和控制方法。在Matlab/Simulink环境下搭建了基于超级电容的三相中频宽范围电能变换系统的模型,对超级电容放电和恒流充电两种工况进行了仿真,并在一台5kVA的单相中频系统样机上进行了硬件试验。仿真结果表明,通过对变比以及外围电力电子电路的控制,超级电容端电压能够大范围变化,而系统电压可以保持稳定。硬件试验结果表明变比可调变压器的变比切换过程对系统输出无影响,验证了系统在实用中的可行性。     

基于电压下垂法的直流微电网混合储能系统控制策略

以稳定直流母线电压和优化蓄电池工作过程为目的,提出了一种基于电压下垂法的直流微电网混合储能控制策略。该控制策略根据直流母线电压信息,利用超级电容快速补偿母线功率缺额的高频部分;通过蓄电池对超级电容进行能量补充,间接补偿母线功率缺额的低频部分;利用超级电容电压不能突变的特点,实现对蓄电池电流的平滑控制。控制系统以直流母线电压、超级电容电压及蓄电池荷电状态为判断条件,自动切换工作模式。实验表明,该控制策略可自动调节蓄电池和超级电容出力,维持直流母线电压在额定值附近小范围波动,有效地减小了蓄电池充放电次数,延长其使用寿命。