三种典型混合动力RTG的比较分析

随着超级电容和锂电池等储能系统的发展,使混合动力RTG节能减排技术成为可能。分析了RTG系统的功率需求。从系统技术原理、动力参数和效益等方面,对超级电容和锂电池作为辅助动力源和以大容量锂电池作为主动力源的三种混合动力RTG方案进行了对比分析。表明了采用大容量锂电池作为RTG的供电电源,能够将回馈的势能充分回收利用,小功率柴油机作为锂电池的充电电源,无需连续工作,使系统综合性能最优,具有一定的新颖性和很好的发展前景。     

直流微电网混合型松弛终端分层控制策略

为了合理使用不同类型的松弛终端调节直流微电网母线电压波动,提出了一种针对直流微电网中混合松弛终端的分层控制策略。基于锂电池存在最佳充放电循环深度、超级电容动态响应快和上级直流主母线功率大等特性,文中将超级电容作为缓冲单元,采用双锂电池为主要的能量单元(A、B),并用上级主母线作为后背支撑,构成完备的混合型松弛终端架构。通过分析,超级电容电压控制电池出力,在微电网系统处于动态平衡时,超级电容电压可以间接表征出直流母线电压波动的低频分量。因此文中利用超级电容电压来确定双锂电池出力,根据超级电容电压信号进行层级划分并设计四种工作模式,使各松弛终端得到能量的高效分配。实验结果验证了该控制策略的有效性。     

双极性直流微电网混合储能系统协调控制策略

为了稳定双极性直流微电网中由于分布式电源和负荷接入导致的功率波动,提出一种适用于双极性直流微电网的混合储能系统(HESS)控制策略。首先,根据双极性直流母线特点,设计了双超级电容-锂电池混合储能架构;再由双超级电容器运行状态关系,以级联控制方式协调锂电池与电压平衡器工作,分别平滑锂电池输出电流,以减少电压平衡器频繁动作次数;同时,通过整定双母线电压参考值来调整双超级电容的自适应下垂曲线。实验结果表明:锂电池和电压平衡器能够对双超级电容运行状态做出正确响应;该控制策略可将各电压等级母线电压有效维持在允许波动范围之内,且实现双母线之间的多能互补。因此,所提制策略可进一步提高双极性直流微电网的电能质量和改善系统的工作效率。     

直流微网混合储能控制及系统分层协调控制策略

为了充分利用超级电容动态响应快、锂电池能量密度高的特点来提高微网储能系统的动态特性和运行寿命,利用这2种储能器件构成了光伏型直流微网的混合储能系统(HESS).基于对超级电容和锂电池储能下垂特性的分析和工作区间的划分,提出改进型混合储能控制策略;再根据直流微网系统的功率方程、母线电容储能变化与电压变化方程,导出直流母线电压变化与系统功率流向之间的关系,提出对光伏型直流微网的电压分层协调控制策略.实验结果表明,该策略根据电压变化将直流微网的运行划分为5个层区,通过检测直流母线电压的变化量来决定系统的运行层区及光伏、超级电容和锂电池功率变换器的工作方式,保证各层区都有相应变换器来调整直流母线电压、平衡系统功率,实现直流微网电压稳定的控制目标.因此,基于混合储能系统的电压分层协调控制策略能够有效调节直流母线电压,保证直流微网的功率平衡.     

基于超级电容混合储能系统的设计与分析

锂电池在实际应用中面临着频繁充放电、容量衰减等问题,而超级电容具有功率密度高、充放电速度快等优点,将超级电容和锂电池结合起来构成的混合储能系统对资源的合理利用有着重要的意义.提出了一种Buck-Boost变换器和Boost功率变换器相结合的混合储能并联控制系统,采用自适应变异粒子群(AMPSO)与BP神经网络相结合的算法估计锂电池的荷电状态,提出了一种基于模糊算法的混合储能优化控制策略,建立了混合储能系统仿真模型.仿真和实验结果显示了所提出的混合储能系统控制方法的正确性和有效性.     

超级电容与电解电容并联储能系统的特性研究

超级电容作为一种储能设备,能够在短时间内完成能量存储和释放。然而,由于超级电容的固有时间常数相对较长,在1 s左右,这使其在毫秒级能量传递时效率降低。所研究的超级电容与电解电容并联储能系统,相比于传统的单纯超级电容储能系统,在效率、响应速度、体积和成本等方面均有优势。基于并联超级电容与电解电容所组成的储能系统,以简单的结构实现了储能系统效率、功率和响应时间的提高。基于恒流放电数学模型分析了系统各项参数与并联电容储能系统性能之间的关系,并通过实验验证了并联电容储能系统的相关特性。实验结果证明,与单纯超级电容系统相比,并联系统在能量传输效率上提高了10%以上。同时,通过改变并联系统的相关参数,也可以提高系统的能量传输效率。     

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VSG的直流侧混合储能自适应协调控制策略

虚拟同步发电机(VSG)技术与传统的逆变器控制相结合,可提高微电网并网和离网情况下的电能质量.独立微电网为确保用户侧供电质量,负载波动时常以牺牲储能设备的荷电状态(SOC)为代价,导致系统稳定性削弱.针对该问题,提出基于VSG的混合储能协调控制方法.直流侧采用大功率锂电池通过双向DC/DC与超级电容的组合,以实现功率合理分配;同时通过引入自适应协调系数λ,实现暂态工况下超级电容SOC和微电网系统频率的协调控制,优化了系统的功率分配特性,进而使超级电容在稳态工况下处于充放电裕度相等状态,确保微电网平滑过渡下一次系统功率波动.搭建Matlab/Simulink仿真实验平台,通过对比分析三组不同控制策略下的不同功率波动情况,验证了所提出的控制策略的可行性和有效性.     

储能功率调节系统主电路参数设计与控制策略研究

电池储能系统以其模块化,响应快,配置灵活等优点,作为提高可再生能源接纳能力的一种有效手段而得到广泛关注。文章以锂电池储能功率调节系统及其优化控制为研究对象,给出了主电路参数设计方案,计及电池荷电状态约束条件提出了基于规则(Rule-Based)的功率优化控制策略,对储能系统上层功率进行优化,以提高电池的使用寿命,控制器底层基于定周期比和反馈线性化控制策略实现对储能装置的充放电控制。仿真结果验证了参数设计的正确性以及控制策略的有效性。     

一种适用于燃料电池-超级电容发电系统的控制策略

随着能源危机和环境污染问题加剧,燃料电池因其绿色环保得到了越来越多的应用。受调节进气量机械装置的限制,燃料电池的动态性能较差,响应速度较慢,因此需要选择蓄电池、超级电容等作为辅助电源提供瞬时功率、配合燃料电池发电。基于主电源燃料电池和辅助电源超级电容并联供电的架构,分析了各种可能出现的能量流动工况,提出了超级电容后级变换器控制母线电压、燃料电池后级变换器控制超级电容电压的系统控制策略。最后搭建了燃料电池发电系统仿真平台,对2种稳态工况和3种动态工况开展仿真分析,仿真结果证明:提出的控制策略具有优异的直流母线稳态和动态特性,实现能量在主辅电源以及负载之间的合理分配,保证燃料电池的安全稳定运行。     

混合动力电动汽车的复合电源功率分配控制策略

提出一种混合动力电动汽车的复合电源功率分配控制策略。复合电源中蓄电池作为主电源,超级电容器作为辅助电源,主电源和辅助电源各自经过一个升压变换器和升降压变换器连接至直流母线端,两种电源之间的能量转换由功率变换器实现。控制策略的控制目标为:(1)稳定直流母线电压;(2)精确跟踪超级电容器电流参考值;(3)控制系统实现全局渐近稳定。在Matlab Advisor仿真环境下对复合电源以及所提控制策略进行建模与仿真,并搭建了试验样机进行试验。仿真和试验结果表明:所提复合电源功率分配控制策略能较好地满足以上三个控制目标,充分发挥复合电源中蓄电池和超级电容器的优势。     

支撑电网黑启动的风光储新能源电站协调控制策略

针对局部风光资源丰富地区大停电黑启动的方案,首先建立了风光储新能源电站黑启动控制模型,研究其支撑电网黑启动的过程,储能系统作为主电源保证黑启动过程中系统电压和频率稳定。其次,提出了一种风光机组负荷跟踪功率协调控制策略,当风光出力不足时,风光机组采用最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)算法,储能系统作为主电源负责微电网功率的平衡;当风光出力足够时,风机根据光伏出力的变化进行减载运行,有效跟踪负荷功率变化,减少储能充电功率。该控制策略不但可减少储能系统充放电转换次数提高储能系统使用寿命,还能大大降低黑启动中储能系统配置容量,提高经济效益。最后,基于DIgSILENT/PowerFactory仿真平台搭建了风光储新能源电站控制模型,仿真验证了风光储新能源电站作为电网黑启动电源的可行性和所提控制策略的有效性。     

基于超导储能的综合电能质量调节装置及其控制策略

介绍一种新型综合电能质量调节装置——并联处理在线不间断电源,该装置仅采用一套双向电流型变流装置,利用超导线圈作为直流侧储能元件,可实现负载电压调节、有源滤波和改善功率因数等多项功能,并具有损耗小、结构简单等优点。根据装置的结构特点和工作原理,提出了一种基于同步旋转坐标系统的解耦和前馈补偿控制策略,通过采用电源电流“预补偿”的方法,解决了常规前馈补偿方法中电源电流暂态分量衰减过慢的问题。利用仿真软件PSCAD／EMTDC对该装置及其控制策略进行了仿真分析,仿真结果验证了该装置具有良好的运行性能。     

一种新型的电流源型变流器PWM控制策略及其在超导磁储能装置中的应用

超导磁储磁能(SMES)装置的超导磁体通过变流器与电网连接,为了减小装置向系统注入的谐波电流,各种改进的脉宽调制(PWM)技术被用于变流器的控制。该文分别用正弦波和三角波作为调制和载波信号,提出一种可用于电流源型变流器的实时电流控制的新型PWM开关策略,并在此基础上研究了能够按照系统要求对电流源型SMES独立地进行有功和无功功率四象限调节的实时功率控制方法。仿真结果表明,该开关策略不仅能够快速改变变流器交流侧电流的幅值和相位,有效降低变流器交流侧电流中的谐波含量,而且能够提高SMES装置的功率响应特性。同时该方法还具有控制策略简单,工程实现容易的特点。     

基于模式切换的逆变器与发电机并联控制策略

随着新能源技术的发展,偏远山区、海岛等独立电力系统越来越多地采用新能源发电设备与柴油发电机混合供电方式。针对这类系统中新能源逆变器单独供电、与柴油发电机并联供电的功能需求,以逆变器单独供电时采用电压源控制、与柴油发电机并联时采用电流源控制为基础,提出基于逆变器控制模式切换和柴油发电机准同期并联相结合的控制策略,解决逆变器与柴油发电机并联过程的控制问题,电磁暂态时域仿真和1∶1样机物理实验验证了该控制策略的有效性。     

带频率-电压死区的VSC-HVDC系统一次调频控制策略

为使基于电压源型换流器的柔性直流(VSC-HVDC)互联系统中的新能源端整体参与交流电网的频率调整,提出一种带频率-电压死区的换流站端有功控制策略。该控制策略利用频率-电压死区限值,通过VSC-HVDC输出功率的实时控制,在系统侧交流电网发生频率变化时,风机转子的动能储备短时内增加或减少有功输出,使风机转速下降或增高,通过增加或减少风机转子中的动能储备来缓解交流系统端的不平衡有功功率,通过VSCHVDC互联系统作出频率响应参与调频。最后,利用PSCAD/EMTDC对该控制策略进行仿真验证,结果表明所提策略提高了含新能源接入的两端VSC-HVDC互联系统的频率稳定性。     

背靠背双PWM变流器的协调控制策略

以背靠背双脉宽调制(pulse width modulation,PWM)变流器为研究对象,首先建立了其动态数学模型,接着从实现其多种控制功能的角度出发,设计了其构成电压源型变流器(voltage source converter,VSC)的双闭环控制器结构,并基于所建立电压源型变流器的d-q同步旋转坐标数学模型,研究了双闭环控制中用于实现VSC输出电流解耦控制的内环控制策略,以及用于实现VSC直流电压恒定、交流电压跟踪和功率四象限动态调节的多种外环控制策略。最后通过数字仿真,不仅考察了双PWM变流器中2个VSC实现不同外环控制策略的动态协调响应特性,而且仿真结果同时验证了所研究控制策略的可行性。     

一种三相五电平电流型逆变器拓扑及其PWM控制方法的研究

多电平变流器具有输出谐波小、功率容量大、电磁兼容性好等特性而越来越引起人们的重视。随着超导储能技术的发展,电感储能效率的不断提高,在某些大功率应用场合,电流型逆变器也将发挥出其特定的优点。因此,电流型多电平逆变器拓扑和控制策略的研究具有一定的实际意义。文中提出了一种三相5电平电流型逆变器拓扑,并分析了其工作原理。对多载波PWM控制方法进行简化,采用两个相位相反的三角载波得到3电平信号,经过解耦处理,得到了一种适合于该拓扑的5电平PWM开关控制策略,并进行了仿真验证。最后,建立了一个三相5电平CSI的实验系统,对文中所给的拓扑和控制方法进行了验证。     

Wavelet technique based islanding detection and improved repetitive current control for reliable operation of grid-connected PV systems

Recent years have witnessed a thrust towards the use of solar energy as the major renewable energy source for distributed power generation. The proposed system requires reliable detection technique and suitable current control strategy for proper operation. This paper focuses on plug-in repetitive current (RC) control strategy for grid connected inverter system and wavelet technique for electrical grid status identification. The performance of proposed current control technique employed for grid connected inverter system under distorted and unbalanced grid voltage is compared with the existing conventional methods like PI and PR controller. This controller uses the feedback control system for attenuating periodic disturbances, improving high quality sinusoidal output current and high power factor. The proposed scheme employs fourth order infinite impulse response (IIR) filter for maintaining its resonance frequency, output frequency matching with grid fundamental frequency and reduction of harmonics. The DC-DC boost converter implements incremental conductance based (INC) maximum power point tracker (MPPT) algorithm. The effects of LCL filter for improving disturbance rejection capability and dynamic performance of the proposed system is also demonstrated. Grid connected PV inverter employs wavelet technique for an islanding detection functionality in order to determine the status of the electrical grid. In order to show the effectiveness of the proposed algorithm, modeling and simulation for grid connected PV system is performed using MATLAB/SIMULINK and its PowerSim toolbox.     

基于不对称级联逆变器的串联混合有源电力滤波器

提出了一种基于不对称级联多电平逆变器(ACMI)的串联混合有源电力滤波器(SHAPF)及其控制策略.其中,ACMI的各单元逆变器的输出额定电压呈3的幂次方增长,N个单元逆变器的级联可以输出3N电平的阶梯波电压.该SHAPF的串联有源部分被控制为一个幅值由负荷电压基波有效值偏差确定、相位与线路终端电压基波正序分量相同的基波正弦电流源,用同一个装置和同一套控制策略可以实现电源电压扰动(包括谐波、电压降落和不对称等)隔离、负荷谐波电流补偿、负荷节点电压基波幅值调整、线路终端功率因数调整和故障电流限制等功能.与传统SHAPF相比,该SHAPF具有功能多、控制简单、补偿效果好以及其串联有源部分开关损耗小和易于实现大容量化等优点.数学推导和仿真分析验证了该SHAPF及其控制策略的正确性和有效性.