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.     

混合储能系统SC电压分段新型能量管理策略

为了提高混合储能系统(HESS)的效率和生命周期,设计了一种基于分时算法的新型能量管理策略,其可以优化HESS功率流控制以适应系统约束.传统的HESS能量管理策略以超级电容的参考电压为运行约束,以防止其过度充电或充电不足,这导致了超级电容电压利用范围较窄.而实际上超级电容的电压安全变化范围较广,故新型能量管理策略将分时算法用于超级电容的充放电控制,并引入电压带,从而增大了HESS能量传输能力,同时提高了动态性能且减小了超级电容规模,因而提升了HESS经济性.最后,利用HESS实验平台开展了不同运行条件下的能量管理测试,实验结果验证了新型能量管理策略的效果.     

模块化混合储能系统及其能量管理策略

针对孤岛直流微网功率缺额补偿和多类型储能介质、多组储能单元间的功率分配问题,设计了一种"储能单元-混合储能模块-混合储能系统"的模块化系统集成架构,并提出相应的全局优化与局部分配相结合的双层能量管理策略。上层优化根据直流母线电压越限情况,快速计算微网的功率缺额;进而考虑各储能模块的最大可支持功率和剩余容量,借助"能者多劳"的原则,寻求运行经济性最佳的模块间功率分配方案。下层分配根据各模块内储能单元的荷电状态分区组合,动态决策储能单元的运行优先级,将上层结果在各单元间进一步细分。算例结果表明,所提策略能够在保证直流微网稳定运行的同时,兼顾储能系统的运行经济性。     

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。     

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。     

电动汽车混合储能系统CEEMD-PE能量管理策略

针对电动汽车行驶过程中高频需求功率分量引起的锂离子动力电池寿命衰减问题,提出了一种完备集合经验模态分解-排列熵(complete ensemble empirical mode decomposition-permutation entropy, CEEMD-PE)能量管理策略。电动汽车功率需求被分解为有限个本征模态函数分量,并依据排列熵量度的各个本征模态函数分量的数据复杂度,将各个分量重构为低频分量和高频分量。最后,将包含瞬态功率和快速变化的高频分量分配给超级电容器,而将低频分量相应地分配给电池,实现了功率需求低频分量和高频分量在锂离子动力电池和超级电容之间的功率分流。实验结果表明,相较于Haar小波混合储能能量管理策略,在中速和高速区间的锂离子动力电池电流的均方根值分别减小5.91%和4.17%,电流峰值分别减小14.70%和5.77%。所提出的策略有助于抑制锂离子动力电池所承受的高频功率需求,降低大电流对锂离子动力电池的冲击。     

太阳能电动车混合储能系统的能量管理策略研究

论文提出了一种适用于太阳能电动车的混合动力储能系统方案,给出了该系统的能量管理控制算法,其核心是分配、协调和优化太阳能、蓄电池和超级电容的能量。该系统包含太阳能电池板、boost变换器、蓄电池、超级电容、双向DC／DC变换器和直流无刷电动机。文中提出了一种新的双向DC／DC变换器的控制方法,能够充分利用超级电容的快速充...     

基于气候条件的光伏储能一体发电系统的能量管理策略

针对光伏发电波动性与随机性的问题,将光伏发电单元与储能装置配合组成光伏储能一体发电系统并利用能量管理策略进行统一调度管理是一种有效的解决方式,而且对系统的经济运行也具有重要的作用。根据不同天气下光伏输出能力的差异,提出一种基于气候条件的能量管理策略。在日前计划环节根据次日的天气选择对应的运行策略;由于对次日的天气的预判可能会有误差,因此结合光伏发电超短期预测技术引入日内滚动调差机制,对运行策略能够及时做出调整。算例验证了所提策略优化了系统的运行成本,提升了系统的经济性。     

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...     

城轨交通系统的储能器

本文根据我国城轨交通系统车辆再生制动能量的利用情况，介绍了三种正在发展的储能器，即飞轮储能器、静止储能器及车载储能器。这三种储能器均能减少城轨车辆对能源的需求，达到节省能源的目的。本文并对开发这种有美好前景的储能器提出了建议。     

基于模糊逻辑的电动汽车双源混合储能系统能量管理策略

针对电动汽车行驶过程中电池放电电流过大导致的电池容量衰减问题,构建了由锂离子动力电池、超级电容和多端口DC/DC变换器构成的全主动式混合储能系统,其中电流环控制器和电压环控制器分别控制输出电流和直流母线电压.结合超级电容SOC、整车需求功率和车速情况,根据建立的45条模糊控制规则,模糊逻辑控制器调节锂离子动力电池和超级...     

含分布式混合储能系统的光伏直流微网能量管理策略

为了更好地管理大规模分布式光伏发电单元,将光伏直流微网划分为不同区域,且在不同区域配置了相应容量的混合储能单元与区域控制器以实现区域自治。根据各区域光伏电池输出功率与负荷功率间的关系以及储能单元荷电状态(SOC)的不同将系统分为5种运行模式,给出了不同运行模式下的能量管理策略,设计了光伏电池Boost变换器与储能双向DC/DC变换器的控制策略。最后,在Simulink中搭建了一个含多区域的光伏直流微网仿真模型。结果表明,所提方法在保证系统稳定运行的前提下,优化了各元件的出力。     

有轨电车基于工况识别的强化学习能量管理策略

储能式混合动力有轨电车以储能系统作为唯一动力源,对能量管理策略进行优化设计,可以提高有轨电车的运行性能及经济效益.将有轨电车的需求功率看做马尔科夫过程,且为避免驾驶工况变化较大时对能量管理策略的影响,提出基于工况识别的强化学习能量管理策略.首先,通过历史行驶数据构建有轨电车驾驶工况并得到不同工况下的马尔科夫功率状态转移矩阵;然后,以混合储能系统能耗最小为目标,通过强化学习算法得到不同工况下的功率分配策略;最后,以改进的学习向量化(LVQ)神经网络对当前的驾驶工况进行实时识别,控制系统通过当前识别的工况以及列车状态做出实时决策.以实车数据进行仿真验证,优化后的策略可以降低储能系统损耗,并且可应用于不同的驾驶工况中.以90kW混合储能平台进行实验验证,验证了该策略在实际工程应用中的可行性.     

基于Markov决策过程的电池储能一次调频能量管理策略

一次调频市场机制下的电池储能系统能量管理,需要在维持应对频率波动双向调节能力的基础上权衡运行成本和调频收益,以追求电池生命周期内的经济效益最大化。揭示了能量管理序贯决策本质上属于受控Markov过程,据此,通过频率响应需求动态转移的连续时间Markov链描述,以及基于生命周期吞吐量角度的储能电池容量动态衰退刻画,建立了以电池生命周期内经济效益期望值最大化为目标的Markov决策模型。针对运用标准迭代算法求解上述模型所面临的“维数灾”问题,提出了具有状态空间分解及后继状态辨识特征的降维并行值迭代(DRPVI)算法。算例结果表明:所得动态阈值结构能量管理策略可以显著提升储能经济效益,DRPVI算法能够有效缩减冗余计算,改善求解效率。