基于LMS AMESim的车用燃料电池-锂离子动力电池混合动力系统能量管理仿真

基于20 k W燃料电池电堆及燃料电池测试系统,获得燃料电池极化曲线及氢气消耗量曲线;基于锂离子动力电池充放电系统,获得锂离子动力电池输出电压曲线。将试验所得数据导入到LMS AMESim软件中,分别构建燃料电池及锂离子动力电池模块,同时,构建仿真平台其他所需模块并搭建DC/DC变换器模型,建立燃料电池-锂离子动力电池混合的动力系统仿真平台。依据不同动力源的各自特点,引入能量控制策略,对该混合动力系统进行模拟仿真。在所选定新欧洲驾驶循环(new European driving cycle,NEDC)工况下仿真结果表明,该混合动力系统可以满足车辆在所选定工况下的动力需求。DC/DC变换器可提升并稳定燃料电池输出电压跟随母线电压,并通过对电流的分配进行功率在不同动力源之间的分配;燃料电池输出功率在合理范围之内,并取消燃料电池在低功率下的工况,从而保护燃料电池,延长其使用寿命;锂离子动力电池荷电状态(state of charge,SOC)始终保持在合理范围内,未出现过充或过放情况。研究结果可为搭建混合动力试验平台及整车搭载匹配提供理论依据及参考。     

基于动态规划算法的混联混合动力汽车控制策略

针对某混联型混合动力汽车的布置形式,构建了整车控制数学模型。利用动态规划方法,提出了以控制整个循环发动机燃油消耗最低和电池SOC维持在理想值为目标的优化函数。提出了动态限制SOC区域模型。设计了动态规划全局搜索算法。进行了换档逻辑的优化。仿真对比了基于功率跟随的混联汽车控制策略、动态规划方法以及改进的功率跟随策略。结果显示,动态规划方法可以作为其他控制策略的评价参考,可以改善功率跟随控制策略控制效果。     

电池储能系统充放电控制策略仿真研究

在含有多类电源的供电系统中,对电池储能系统进行良好的控制可以使供电系统更为安全、稳定与经济的运行。基于储能电池充放电过程中的动态响应速度和控制性能,采用双闭环PI控制搭建了双向半桥DC/DC变换器,并在MATLAB/Simulink中搭建储能系统的整体模型,对储能电池的充放电控制过程进行了仿真实验。实验结果验证了模型的正确性以及控制算法的可行性和有效性。     

燃料电池汽车车载DC/DC变结构控制研究

在介绍DC/DC变换器基本原理的基础上,针对燃料电池特定系统的设计,建立了燃料电池电动汽车车载DC/DC变换器的数学模型.在模型分析的基础上,提出了符合特性的DC/DC变换器滑模变结构控制方案.并用Matlab软件对所设计的控制系统进行了仿真实验,仿真结果证明了理论分析和计算的正确性.     

燃料电池/蓄电池混合动力汽车能量管理系统研究

为合理分配燃料电池/蓄电池电源投入的功率及很好地保护蓄电池,本文利用Matlab/Simulink搭建了燃料电池/蓄电池混合动力汽车整车系统模型,并基于燃料电池系统的功率效率曲线,设计了其能量管理系统(energy management system,EMS),根据蓄电池的荷电状态(state of charge,SOC)和负载需求功率分为14种状态,以此确定燃料电池系统的输出参考功率,在合理保护蓄电池的同时,尽可能地提高燃料电池系统的输出效率。为测试该能量管理系统对燃料经济性的改善程度,本文在Matlab/Simulink环境下进行仿真模拟。仿真结果表明,与基于功率追踪的EMS相比,本文提出的EMS蓄电池储存的电能更高,可以有效地减少氢气的消耗,同时使蓄电池的SOC保持在合理区域,使混合动力汽车具有更好的经济性和安全性。该研究具有重要的经济实用价值。     

千瓦级燃料电池备用电源系统设计与集成

针对通信基站备电需求,设计开发出5 k W燃料电池备用电源系统以及高性能电池堆、DC/DC功率变换器、智能控制器等核心模块。经过3 200 h寿命测试,燃料电池性能衰减率为0.06 V/kh,预计可在通信基站应用环境使用20年。     

微电网储能系统控制对电能质量的保障

针对微电网中容易出现的电能质量问题,提出对微电网的储能系统采用合适的控制方法来保障电能质量.提出微电网的储能系统采取两种储能电池设备,即能量型储能锌溴液流电池和功率型储能钛酸锂电池,对混合储能系统采取微电网DC/DC变流器和DC/AC变流器的两级控制,其中混合储能的DC/DC变流器控制采用基于功率波动性质的分配方法和恒流快充控制,混合储能的DC/AC变流器采用PQ控制和改进下垂无差调频控制方法,并在控制算法中设置合适的参数,并且在微电网运行当中根据其运行情况自动切换控制算法,实现微电网运行当中电压偏差、频率波动、交流母线电压谐波等电能质量指标达到运行要求.本文也通过对一个实际的微电网搭建了整体的仿真控制模型,通过对典型算例的仿真验证了该微电网主要电能指标远高于国家标准.本文的特点是在微电网中采用了两种不同特性的储能电池的混合储能系统并对微电网的混合储能系统采用了多种成熟且适用的控制技术,用以保障微电网的电能质量.     

某氢燃料电池巴士系统匹配设计

高效、纯净的氢燃料电池新能源巴士是近年来汽车领域中的热点.结合城际/城市巴士的道路交通工况和工程实际需求,本文研发了一种30 kW的氢燃料电池与动力电池并联式的电电混合动力系统.该系统综合分析了多种电气拓扑架构组合的优劣势,依据理论计算和现有资源选择了各子系统相互匹配的参数,同时开发了该系统的测控软件.在此基础上,使用电流可调节的升压DC/DC变换器设计了功率分配控制器,实现了氢燃料电池输出功率连续可调节的功能.最后搭建了该系统的全尺寸试验台架进行部分试验,实验结果表明该系统满足实际功能需求.     

燃料电池车用新型低纹波DC/DC变换器设计

为解决目前车用DC/DC变换器存在的输入电流纹波大会造成燃料电池耐久性严重下降的问题,提出一种新型低输入电流纹波的DC/DC变换器构型。该构型是在交错式Boost型电路的基础上引入输入滤波电感,具有有效降低DC/DC变换器的输入电流纹波的特点,但在对该结构进行综合分析过程中发现系统易发生振荡,因此对系统传递函数进行深入分析,提出了相应的控制模式,有效解决了系统的振荡问题。同时,通过仿真和实验对比了有无输入滤波电感的DC/DC变换器的输入电流纹波情况。实验结果表明:在DC/DC变换器的全部输出功率范围内,可以将其输入电流纹波系数控制在1%以内,保证了燃料电池的输出电流的平稳性,延长了燃料电池的使用寿命。     

燃料电池混合动力系统的功率平衡控制

针对燃料电池混合动力系统功率平衡控制策略的设计问题,基于前期研究建立的系统状态空间数学模型,通过分析各种备选控制结构的特点和适用性,提出基于闭环状态观测的燃料电池混合动力系统功率平衡控制结构.采用卡尔曼滤波器设计闭环观测器的反馈增益矩阵,采用极点配置法结合系统控制边界条件合理设计闭环控制系统的控制参数.通过离线仿真和实车转鼓试验进行分析验证,结果表明:所提出的功率平衡控制策略可以将动力蓄电池荷电状态控制在45%~55%,能够考虑车辆的动力性和经济性设计要求,具有较好的实用价值.     

分布式光伏无缝切换控制策略仿真与研究

为解决分布式光伏发电并网时对大电网产生的冲击,在分布式光伏发电系统中加入储能系统,形成混合发电系统,整个系统采用直流微网形式,仅使用一个双向DC/AC换流器,减少了电能损失和控制复杂度。光伏控制采用最大功率跟踪法。换流器并网时采用PQ控制,可平抑光伏功率波动,提高系统稳定性;独立运行时采用V/f控制,为交流侧提供电压和频率参考,蓄电池保证重要负荷的电源供应,实现混合系统与大电网的无缝切换。最后,通过对光伏发电系统不同运行模式转换进行建模仿真,验证了控制策略的有效性。     

基于混合直流的受端电网黑启动方法及协调恢复策略

作为直流输电的新方向,混合直流结合了传统以及柔性直流系统的优点,可在电网黑启动中发挥重要作用。为明确混合直流参与黑启动的技术条件与控制方法,针对两端电网换相换流器–模块化多电平换流器（line commutated converter–modular multilevel converter,LCC–MMC）混合直流输电系统,提出了受端电网大停电情况下基于混合直流的黑启动方法及受端电网协调恢复策略。根据黑启动不同恢复阶段特征,首先,明确了在起始阶段受端系统全黑情况下混合直流的启动方法,包括送端LCC换流器和MMC受端换流器的启动及控制方法。然后,针对黑启动初期的弱交流系统阶段,采用可增强系统稳定性的混合直流虚拟同步协调恢复策略;在系统达到一定强度后,提出了相应的控制策略及不同控制方式间的平滑切换方法。最后,在PSCAD/EMDTC软件中进行了仿真验证,结果表明：黑启动初期LCC采用耗能电阻启动能有效满足最小启动电流限制;MMC经限流电阻启动后采用无源网络控制可实现无源端交流电压的建立,并维持系统电压和频率在稳定范围内;在非黑启动电源机组和负荷并网后,交流系统强度改变,所提的3阶段控制切换策略能够有效实现各阶段平滑过渡,且在弱交流系统阶段采用虚拟同步控制可保证弱交流系统阶段的系统稳定性,3阶段控制策略与两阶段恢复策略相比具有显著的优势,从而验证了所提黑启动方法和协调恢复策略的有效性。     

一种燃料电池功率调节器的建模与控制

燃料电池发电因其高效环保越来越受到社会各界的关注,但其输出电压范围宽、特性偏软,必须借助于大功率DC／DC变换器作为输出功率调节环节。通过分析燃料电池发电系统中的功率分配原理,引入蓄电池二阶RC等效电路,从输出功率的角度对调节器进行建模并设计了相应的控制器,通过在Matlab中仿真和制作样机试验,均取得了良好的效果,结果证明了设计的合理性。     

基于系统效率最优的新型混合动力汽车控制策略

为了充分发挥混合动力汽车节省燃油和降低排放的控制效果,研究了一种基于行星齿轮机构的新型混合动力汽车动力传动系统方案.在对其驱动系统关键零部件性能实验与数值建模的基础上,综合考虑发动机、ISG电机和动力电池组以及传动系统效率,分析了系统相关典型工作模式下的纵向动力学方程,推导出系统效率模型,提出了基于系统效率最优的全工况整车控制策略,制定了整车的工作模式切换规则与换档控制策略.在MATLAB/Simulink环境下,建立了整车性能仿真模型,结果表明,采用该控制策略能使整车动力性与燃油经济性较传统车明显提高,最后通过台架试验对该方案进行了验证.     

燃料电池电动汽车多能源匹配控制系统设计

针对燃料电池电动汽车使用燃料电池和镍氢电池组两套能源系统而产生的多能源匹配、管理和控制问题，分析了各种工况下的能量分配策略，提出了一种多能源自适应匹配方案；并设计了基于TMS320C2812型DSP的高效能量流控制电路，实现了多能源的协调控制。实验证明，该方案能保证燃料电池和镍氢电池组安全、稳定运行，并能大幅度提高车辆动力系统的性能和耐久性。     

单移相输入串联输出并联的功率预测控制

针对直流变换器在交直流微网应用中输入电压脉动或负载变动情况下的动态性能较差和鲁棒性能较低的问题,选择由双有源全桥构成输入串联输出并联(ISOP)结构变换器为研究对象,提出基于功率均分的功率预测控制方法. 采用单移相控制思想,通过分析ISOP功率控制原理,建立ISOP控制模型,对功率进行预测并构建评价函数以对移相量进行优化. 相比于传统电压闭环控制,该方法在输入电压和负载发生变化时,显著地提高系统动态响应速度,增强系统抗干扰能力并保证各模块功率均衡. 搭建两单元ISOP系统的MATLAB仿真模型及RT-LAB半实物实验平台,仿真和实验结果验证了该方法的正确性与有效性.     

基于Cruise/Simulink的FCHEV燃料电池和动力蓄电池功率匹配研究

针对质子交换膜燃料电池和锂离子动力蓄电池混合动力电动汽车(FCHEV),利用AVL/Cruise和Matlab/Simulink软件搭建了FCHEV整车联合仿真平台。通过对车辆动力系统关键部件参数的分析,确定了若干可行的燃料电池和蓄电池功率匹配方案。基于一种目前比较成熟的控制策略,在NEDC循环工况下对各种匹配方案进行了仿真实验,在满足车辆动力性要求的前提下,对各方案的燃料经济性进行分析,从而得到该控制策略下燃料电池和动力蓄电池的最优功率匹配结果。     

Design and Strategy of Series-Parallel Hybrid System Based on BSFC

In this paper, a drive control strategy is developed based on the characteristics of series-parallel plug-in hybrid system. Energy management strategies in various modes are established with the basis on the minimum brake specific fuel consumption (BSFC) curve of engine. The control strategy, which is based on rules and system efficiency, is adopted to determine the entry/exit mechanisms of various modes according to battery state of charge (SOC), required power and required speed. The vehicle test results verify that the proposed control strategy can improve vehicle economy efficiently and makes a good effect on engine control.     

一种适用于电压源换流器型直流输电的直流电压控制

直流电压稳定是关系到电压源型直流输电系统可靠运行的关键问题之一。为了确保电压源型直流输电系统在一侧换流器故障时仍能有效控制直流电压,在分析电压源换流器在不同控制模式下的外特性的基础上,提出了采用基于直流电压下垂控制的直流电压控制策略。控制器采用该策略后,能实现有功功率控制模式与直流电压控制模式之间的自动转换,确保定直流电压控制的换流站故障退出后,输电系统仍能有效地控制直流电压。最后以一个两端系统为例进行仿真验证,结果表明系统获得良好的动态性能。     

车载动力电池模拟电源的准PR控制策略及仿真

针对车载动力电池工况变化剧烈难以精确模拟的问题,采用准PR(比例谐振)控制策略,对动力电池模拟电源的前端双向PWM整流模块实现精确稳定控制,给出准PR控制器参数与模拟电源系统参数匹配设计的步骤,分析了PWM模块前端电感和后端电容对模拟电源响应速度和稳定性的影响,结合双向DC/DC变换器模块,建立模拟电源的整体模型。仿真实验结果表明,模拟电源能够精确模拟车载动力电池在不同工况下的充放电特性,满足车载测试平台宽范围动态测试要求,对电网冲击较小。