基于列车运行状态的城轨超级电容储能装置控制策略

研究应用于城轨交通的地面式超级电容储能装置的控制策略。首先建立结合列车、储能装置和制动电阻的牵引供电系统的数学模型,分析了列车再生制动时超级电容和制动电阻能量分配的影响因素,并由此提出了考虑列车运行状态的储能装置控制策略。该控制策略通过列车实时功率、位置数据,动态调整储能装置的充电电压指令,从而调整超级电容的充电功率,使储能装置工作在最优状态。为了验证所提出的控制策略的有效性,利用北京地铁八通线梨园站的兆瓦级超级电容储能装置开展了实际列车运营实验。现场实验表明,该控制策略可有效地提高超级电容的利用率,增大储能装置的节能量,降低地铁系统的运行能耗。     

基于列车运行工况的城轨地面式混合储能系统控制策略研究

电池/超级电容混合储能系统兼具功率密度大和能量密度高的特点.根据城市轨道交通实际线路条件和运行状况,建立仿真模型.通过分析不同发车间隔下剩余再生制动能量的分布和混合储能系统功率分配策略对系统的影响,考虑到电池和超级电容两种储能元件的特性不同,提出基于列车运行工况的动态比例分配策略.该控制策略分为充电模式和放电模式.在充电模式下,通过判别列车运行工况调整功率分配比例,减少电池的使用,提高装置寿命与节能效果;在放电模式下,功率分配比随电池荷电状态动态调整,防止电池过充、过放.最后给出了北京地铁实际线路参数下2MW混合储能系统的仿真结果,验证了该策略的有效性.     

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。     

基于旁路直流回路的城轨交通再生制动能量调度研究

城轨交通已成为城市耗能大户,提升列车再生制动能量的利用率对降低牵引能耗具有重要的意义.该文在分析接触网阻抗影响列车间再生制动能量传输机理的基础上,提出一种基于旁路直流回路的城轨交通再生制动能量管理与利用新思路,建立了一种基于电力电子变换器的旁路直流回路拓扑及其控制策略,并采用情景分析法开展了可行性及有效性验证.案例研究结果表明,提出的旁路直流回路拓扑及控制策略是可行的,可实现再生制动能量利用率约10％的有效提升;与地面储能系统的集成,可减少储能装置充放电次数和充放电深度,延长储能装置的使用周期与寿命.研究成果可为城轨交通再生制动能量管理与利用提供参考.     

基于动态阈值调节的城轨交通超级电容储能系统控制策略研究

超级电容储能系统应用于城市轨道交通可以实现良好的节能稳压的效果,本文首先分析了城轨交通列车再生制动电压限制特性以及等效24脉波不控整流机组的空载特性。在此基础上探讨了基于最大节能化的超级电容储能系统充放电阈值选择原则,并提出了基于动态阈值调节的储能系统控制策略,最后通过仿真和样机现场实验验证了控制策略的可行性。     

地铁车辆再生制动混合型储能回收装置研究*

针对地铁运行站间距短,车辆频繁启动、制动运行,导致再生制动时产生大量的能量,可通过超级电容加电阻混合型储能装置吸收贮存,提出基于混合型储能装置的再生制动能量回收控制策略,即地铁制动时超级电容充电回收再生制动能量,地铁启动时超级电容放电回馈储存的能量.分析了超级电容储能的充放电控制策略,并通过MATLAB/Simulink仿真验证了混合储能装置能有效抑制地铁牵引供电系统中的电压波动.     

城轨交通牵引供电系统参数与储能系统容量配置综合优化

在城轨交通中安装地面式超级电容储能系统将有效回收列车再生制动能量,降低系统运行能耗。各个变电所、牵引/制动列车与储能系统通过牵引网进行实时能量交互,组成一个复杂的多能源耦合系统,因此,为了提高牵引供电系统的整体能量效率,减少投资成本,该文提出供电系统参数与储能系统容量配置综合优化方法。首先建立不同列车运行场景的等效电路模型,分析变电所空载电压和制动电阻启动电压对变电所、牵引/制动列车与储能系统之间能量传递效率与有效传输距离的影响;其次,建立以系统能耗和配置成本为目标的多目标优化问题,将NSGA-II优化算法与城轨牵引供电潮流计算相结合,对供电系统参数与储能系统容量配置进行综合优化;最后,基于北京地铁八通线算例,求解综合优化的帕累托最优解集。结果表明,相比于单一储能系统优化,综合优化在投资成本相近的情况下有效提高了储能系统的节能率。     

基于车载超级电容储能系统在城市轨道交通的应用研究

介绍了超级电容储能系统的结构和双向DC-DC变换器的功能特性,制定了双向DC-DC变换器的电压外环、电流内环的双PI控制策略。列车启动阶段,牵引网电压下降,超级电容输出能量;列车制动阶段,牵引网电压升高,超级电容吸收能量。搭建了1 500 V直流电气化铁路仿真平台并进行了仿真,仿真结果验证了超级电容储能系统吸收再生制动能量,减少地铁电能的损耗,有效地控制了牵引网电压的下降和升高。     

基于电压下垂法的独立直流微网混合储能系统控制策略改进

针对独立直流微网中混合储能单元使用寿命问题,基于电压下垂控制的混合储能单元控制策略,提出了混合储能系统控制策略的改进措施。首先采用基于超级电容荷电状态的稳态功率修正策略,使超级电容在工作一段时间后荷电状态能够恢复至初始额定值,避免超级电容过充或者过放。其次,针对电池使用寿命问题,提出基于混合储能荷电状态的能量管理策略,以达到延长电池使用寿命的目的。最后通过Matlab/Simulink仿真分析,证明该方法在光伏输出功率改变条件下可有效延长电池与超级电容使用寿命。     

城轨交通混合型再生制动能量利用系统及其控制策略

针对城轨交通再生制动能量利用问题,结合城轨交通供电系统负荷特性,提出一种含能馈系统与储能系统的混合型再生制动能量利用系统及其控制策略。结合城轨交通供电系统架构与负荷特性,提出混合型再生制动能量利用系统拓扑结构并分析其运行原理。以充分利用再生制动能量为目标制定系统能量管理策略,实现在多种运行模式和运行工况下的功率潮流管理。提出计及牵引网母线电压控制和系统动态功率分配的分层控制策略。通过仿真分析验证所提系统及其控制策略的正确性和有效性,并借助相关技术指标和经济性指标对不同再生制动能量利用方案进行对比。结果表明,所提分层控制策略能协调控制系统按需回馈、存储/释放再生制动能量,实现城轨交通再生制动能量高效利用,并有效抑制牵引网母线电压波动;同时,所提混合型再生制动能量利用方案能较好地兼顾技术效果和经济性,相比储能方案和能馈方案有一定优势,可作为城轨交通再生制动能量利用方案的选择之一。     

基于加速时间预测的现代有轨电车储能系统能量管理与容量配置优化研究

电池寿命过短和配置空间有限是现代有轨电车储能系统应用存在的重要问题,给其能量管理策略和容量配置方法的设计带来了挑战。该文首先对影响电池寿命的因素进行了分析,建立了寿命估计模型。针对电池与超级电容混合储能系统,提出了基于加速时间预测的能量管理策略:根据车辆加速时间计算超级电容的实际可用功率,进而决定电池和电容的功率分配。该策略基于有轨电车运行周期性确定加速时间预测窗口,并充分考虑超级电容放电时间。仿真和实验验证了该策略具有充分利用超级电容能量和减弱电池寿命衰减的良好效果。同时,分别基于基本阈值策略和加速时间预测控制策略进行优化容量配置,分析不同控制策略对容量配置结果的影响。结果表明该文的策略通过降低超级电容的配置要求以及延长电池寿命实现了全寿命周期成本的降低。     

基于阶梯能量管理的电气化铁路混合储能系统控制策略

随着电气化铁路运营里程的不断增加,能耗问题也日益加重.为电气化铁路加装混合储能系统可以有效地回收列车再生制动能量,实现电气化铁路的节能运行.混合储能系统在采用滤波能量管理策略时,其内部会出现不同储能介质间的能量交换问题.对此,首先提出一种基于阶梯能量管理的控制策略,通过抑制这种能量交换来提高系统的再生制动能量利用率,该控制策略充分发挥了锂电池能量密度高、超级电容器响应速度快的优势.然后为了补偿锂电池参考功率变化引起的功率跟踪误差,加入超级电容器补偿环节来提升混合储能系统的动态性能.最后通过RT-L a b实时仿真和基于实测数据的算例分析验证了所提策略的有效性和可行性.     

城轨地面式混合储能系统自适应能量管理与容量优化配置研究

采用地面式混合储能系统能有效提升城轨牵引供电系统中再生制动能量的利用.该文针对传统固定阈值策略下,空载电压波动和发车间隔变化导致的储能系统回收再生制动能量效果差的现象,在双闭环控制的基础上,提出基于模糊逻辑的充放电阈值自适应调整策略.此外,考虑到电池和超级电容在功率密度、能量密度和价格方面的差异性,提出一种考虑节能率的综合经济效益最优的混合储能系统容量配置方法.构建包含电池/超级电容的全寿命周期成本和变电站耗电费用的容量配置目标函数,以北京八通线实际线路为例,利用并行遗传算法对该目标进行寻优求解,并分析节能率约束条件对容量配置结果的影响.此外,对所提出的充放电阈值自适应调整策略进行仿真研究,并在北京八通线梨园站1MW混合储能样机上完成了实验验证.     

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。     

储能式有轨电车能量管理策略多目标优化

研究了以电网、动力电池和超级电容为动力电源的储能式混合动力有轨电车。首先介绍该类有轨电车的混合动力系统结构,提出一种基于系统工作模式的逻辑门限式能量管理策略,通过多个控制参数实现工作模式的切换。针对能量管理策略中控制参数的不确定性,将整车车载电源的最小配置成本以及列车运行的能耗、准时性、准地点停车作为优化目标,应用多目标遗传算法对影响列车动力性能的主要能量管理策略控制参数进行了优化分析。结果表明,优化后列车的牵引运行能耗减少了约6.8%,再生制动能量的回收率提高了约2.4%。同时,通过优化得到了电源的最小配置,为电源的冗余配置提供参考。     

有轨电车混合动力系统能量交互型管理策略与容量配置协同优化研究

能量管理策略和容量配置是有轨电车混合储能动力系统设计的关键环节,其结果直接影响有轨电车的运行性能和经济效益。本文提出一种改进后带有能量交互状态的能量管理策略,根据实际车辆与线路要求,以重量最轻为优化目标进行容量配置优化,对比说明改进策略中电池与超级电容能量交互的优越性,并在实验平台上进行验证。仿真和实验表明,改进后的能量管理策略减轻了储能系统的重量,使储能系统在极端情况下能够正常运行。     

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。     

基于模糊推理的城轨超级电容电压阈值动态设定

以超级电容储能系统电压阈值为研究对象,对比、分析了不同电压阈值充放电控制策略。在此基础上分析了城轨交通的双边超级电容储能系统的电压阈值问题,并提出基于模糊推理的城轨超级电容电压阈值动态设定方法,动态地设定充放电电压阈值。最后通过仿真实验,验证了基于模糊推理的城轨超级电容电压阈值设定可行性。     

适用于燃料电池混合供电系统的能量管理策略

为优化燃料电池混合供电系统的动态响应以及能量的转换效率,实现燃料电池的最优经济性,提出一种在单位运行周期内通过储能系统荷电状态以及负载变化来确定目标功率值的能量管理策略。该策略基于规则模糊逻辑理论,根据负载需求功率和超级电容荷电状态的隶属函数以及IF-THEN规则对燃料电池的功率进行分配,使得系统对负载变化进行快速响应,实现其在燃料电池和超级电容之间的合理分配。实验结果表明,所提控制策略能够展示该供电系统对负载功率的调节作用,避免储能介质在整个工作期间出现过充电或过放电现象,达到延长燃料电池使用寿命的目的,验证了能量管理策略的正确性。     

一种基于直流微网技术的新型地铁能量回馈系统

针对地铁传统能馈系统中刹车回馈能量损失较大的问题,提出了一种新型地铁能量回馈系统及其控制与能量管理策略.首先,所提出的新型能馈系统相比传统方案,通过引入超级电容与UPS电池构建混合储能,实现了列车刹车回馈能量的全部吸收,减小了牵引网侧直流母线电压波动和牵引变电站的功率峰值要求,同时充分整合站内浮充UPS资源,降低储能设...