匹配中压直流电网的飞轮储能充放电切换特性仿真研究

为提高舰船功率容量及传输效率,采用中压直流配电的综合电力系统势在必行,由于舰船大功率负载频繁切换、高能武器投切、脉冲负载等的影响会对直流配电系统稳定性带来冲击性影响,故采用短时大功率飞轮储能系统并入电网对其进行功率调节与电压补偿以增强其稳定性。本文基于Matlab/Simulink平台建立了匹配中压直流电网的飞轮储能充放电并网仿真模型,探究飞轮储能充放电模式切换的动态特性及对直流电网电压稳定性的影响,结果表明大功率飞轮储能系统能够有效提高直流电网稳定性,抑制电压凹陷,并能够为后续飞轮储能充放电模式切换改进优化提供指导。     

基于飞轮储能技术的船舶区域配电系统冲击负荷供能策略

针对船舶区域电力系统中冲击负荷启停时引起的频率大幅度波动故障，采用飞轮储能系统，实现对冲击负荷的功率补偿和对系统频率波动的抑制。当飞轮充电时，采用按转子磁链的矢量控制方法对飞轮驱动电机的转速进行控制，以减少充电时间和过程扰动。当冲击负荷启动引起船舶出现功率缺额和频率波动时，触发飞轮装置进入放电工作模式，配合柴油机组为冲击负荷供电。飞轮储能系统内部自带变频器，能实现交流-直流-交流的转换，达到为冲击负荷稳定供电的目的。采用MATLAB/Simulink平台搭建适用于船舶系统的飞轮储能充放电模型，仿真结果表明，该系统能紧急满足冲击负荷的电能供应需求，从而预防船舶电网出现频率大幅度波动故障和加快故障自愈。     

飞轮储能抑制舰船综合电力系统直流母线电压波动的研究

舰船综合电力系统直流网络突加一定恒功率负载时会产生较大的电压波动,这主要是由电网中电能供需的不平衡造成,而飞轮储能装置可以解决上述问题。本文详细分析了储能装置运行特性,将其划分为充能、保持、调节三种工作模式,设计了一种基于矢量控制的综合控制策略。在PSCAD／EMTDC仿真平台中构建了综合电力系统直流网络简化仿真模型,仿真结果表明此控制策略下飞轮储能装置的工作模式能平滑快速切换,功率控制响应速度快,直流母线电压暂态过程波动显著减小。     

含锂电池储能的船舶电力系统模型预测控制研究

由于船舶运行的特殊性和负载波动的复杂性,严重影响船舶电力系统的稳定性,因此引入了能量存储技术,降低电网的波动。根据发电机和锂电池的状态空间模型,建立了含锂电池储能的船舶电力系统,并提出了一种基于模型预测控制的船舶电力系统。在含有负载波动的情况下,使发电机和锂电池的输出能够稳定跟随负载的变化,从而满足负载的需求。并将整个系统在Matlab/Simulink中进行实例仿真,仿真结果表明,在模型预测控制下的船舶电力系统能够很好地满足负载波动需求,明显改善船舶电力系统的稳态性能,增强船舶电网的稳定性。     

基于飞轮储能的船用燃机直流微电网大功率负载响应特性

为充分利用飞轮储能对船舶直流微电网功率补偿的优势,弥补燃气轮机发电系统输出功率调节响应慢的不足,对船用燃机直流微电网大功率负载下的飞轮储能系统控制策略和电网响应特性进行研究。本文基于100 kW实装微型燃气轮机发电机组,建立了包括燃气轮机、发电机、飞轮储能系统的船舶直流微电网模型,并在有无飞轮储能系统的情况下,分别突加、突卸40%、60%、80%额定功率负载,详细分析不同负载模式下直流母线电压、发电机转速和飞轮转速的变化特性。结果表明,所提出的飞轮储能系统控制策略可以及时补偿大功率负载冲击下发电机和负载之间功率不平衡,防止母线电压和同步发电机转速波动过大,有效提升微型燃气轮机发电系统的电能质量和稳定性。     

含脉冲负载的综合电力系统运行特性分析

综合电力系统可为舰载电磁炮等脉冲负载提供高功率密度储能电源。脉冲负载的周期性充放电过程将影响综合电力系统内其他发电、变电、输电和用电设备,给系统稳定性带来一定风险。建立了含脉冲负载的综合电力系统仿真模型,在基准参数条件下设置脉冲负载充电功率和其他负载功率突变,仿真计算系统变量的动态响应,结果表明,含脉冲负载的综合电力系统的稳定运行状态是周期稳态-周期轨,且系统充放电阶段分别对应于不同的平衡点;脉冲负载还将引起综合电力系统传输线路功率振荡。     

脉冲功率超级电容储能系统容量计算方法

为满足高功率、快速充放电应用场合对供电电源的要求,本文基于超级电容器的串并联,设计了一套大容量脉冲功率储能系统。从装置对能量和功率两方面的特殊需求展开分析和计算,提出了快速确定电容单体连接方式及求取系统总电容值的算法,在此基础上搭建了储能系统的等效电路模型,结合实际负载功率对储能系统的放电特性进行了分析和预测,仿真结果证明了该设计方案的有效性与可行性。     

基于笼型异步电机的螺旋桨负载模拟研究

将笼型异步电机作为螺旋桨负载的模拟电机,通过建立旋转坐标系下的笼型异步电动机数学模型实现了电流在磁场方向和转矩方向的解耦,采用转矩矢量控制策略实现了机械负载模拟电机的转矩闭环控制。在MATLAB/Simulink仿真环境下构建了基于转矩矢量控制的机械负载模拟控制系统的仿真模型,并结合综合考虑船桨相互影响的螺旋桨负载模型进行了某船舶的螺旋桨起动和反转过程仿真研究。正确的模拟了船舶螺旋桨负载的反转特性,并确定所设计系统可以实现了机械负载转矩的四象限模拟,能够应用于螺旋桨等具有可逆性质的机械负载模拟的场合。     

永磁同步电机直接转矩控制的建模与仿真研究

为了研究永磁同步电机直接转矩控制系统的动态性能,利用Matlab/Simulink建立了永磁同步电机直接转矩控制模型,并对电机的启动性能以及负载为阶跃输入情况进行了仿真分析,仿真结果表明所构建的系统模型动态过程符合实际调速系统运动过程。     

基于切换系统的船舶电力推进储能系统建模与控制

为减小推进负载扰动对船舶电力系统的影响,提出一种由超级电容构成的储能系统吸收推进负载扰动的新方法.在建立储能系统等效电路的基础上,通过引入切换系统理论,构建储能系统双向DC-DC变换器的切换系统模型,构造Lyapunov函数,进而得到系统切换律.以动态定位船为例的仿真研究表明,超级电容储能系统能够吸收低负载时的船舶电网能量,并在高负载时释放,有效降低能耗,提高推进系统性能.     

储能系统在分布式发电中的应用

当今以风能、太阳能为代表的可再生能源,因其储量丰富、环境友好等特点,得到人们日益广泛的重视。基于可再生能源的分布式发电是可再生能源利用的一种主要方式,然而,由于可再生能源的间歇性,导致了分布式发电系统的稳定性、可靠性以及电能质量问题,在这种情况下,储能系统应运而生。本文介绍了蓄电池、超级电容、燃料电池以及飞轮等几种常见的储能技术,简要分析各自的工作原理,比较了它们之间的优缺点,并以蓄电池和超级电容为例,分析混合储能系统的构成方式,最后通过Buck/Boost双向变换器与直流母线相连接,给出了一系列适合于分布式发电系统的隔离型Buck/Boost双向变换器,并比较了它们之间的优缺点。     

新型电源结构下船舶综合电力系统区域配电网技术

随着船舶行业技术逐渐向高端化发展的趋势,综合电力系统技术作为未来清洁高效环保的发展方向日益被重视.船舶电力系统的电源、配网、用能3部分相互影响,用能日益提高,电源部分的高密度、大容量要求严格,多相设计是满足目前电源大容量需求的主要途径.分析当前常用的配网结构,直流区域配电网技术具有结构适宜、安全性高的特点.结合区域配电的思想,本文提出配电网区域邻接矩阵负荷管理办法,对电网多级负荷的运行状态、负荷计算、能量管理及其网络重构进行分析,对飞轮储能系统进行分析,相比传统的邻矩阵算法,分区管理思路能够减少计算量,辅助能量管理系统提高船舶的管理效率.     

基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理策略

[目的]针对舰船移动平台光伏系统的输出功率不稳定问题和负载突加/突卸所导致的功率波动问题,提出基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理策略。[方法]针对传统限值管理方法的不足,根据超级电容荷电状态所在的不同分区自适应调整滤波时间常数,从而实现混合储能系统功率的优化分配,同时分析各个变换器的控制策略和工作模式。[结果]Matlab仿真结果和工程测试结果表明:该能量管理方案和变换器控制策略可以有效地改善混合储能系统的过充或过放问题,不仅可以保证直流母线电压的稳定性,还可以提高系统的动态响应性和协调性。[结论]研究成果可为移动平台光伏系统的能量管理提供参考。     

舰船用新型飞轮储能动发一体机综合物理场分析(英文)

A novel flywheel energy storage(FES) motor/generator(M/G) was proposed for marine systems.The purpose was to improve the power quality of a marine power system(MPS) and strengthen the energy recycle.Two structures including the magnetic or non-magnetic inner-rotor were contrasted in the magnetostatic field by using finite element analysis(FEA).By optimally designing the size parameters,the average speed of FEA results of was 17 200 r/m,and the current was controlled between 62 and 68 A in the transient field.The electrical machine electromagnetism design was further optimized by the FEA in the temperature field,to find the local overheating point under the normal operation condition and provide guidance for the cooling system.Finally,it can be concluded from the comprehensive physical field analysis that the novel redundant structure M/G can improve the efficiency of the M/G and maintain the stability of the MPS.     

基于DSP的综合电力系统飞轮储能装置变流器研究

针对综合电力系统（Integrated Power System,简称IPS）电能质量与系统稳定问题,在传统变流器的拓扑结构的基础上,利用逆变电路的续流二极管作为能量回馈电路,对其进行改进设计。利用该方法的变流器在飞轮储能系统中运行时可以支持能量的双向流动,实现储存能量时将电能转化为动能,释放能量时将动能转化为电能,从...     

船舶并联式气电混合动力系统能量效率分析

为提高船舶系统能效,提出一种船舶并联式气电混合动力系统方案,在Simulink平台上建立系统的仿真模型。结合实例对蓄电池的储能效率进行分析,得到该系统在E3循环、不同功率比下天然气发动机的燃气消耗和电动机的效率,从部件效率、总能量效率和总能量效率提升率3个方面对系统能量效率进行研究。结果表明,该系统在转速100%、功率100%和转速91%、功率75%工况下机械推进模式能量效率高,在转速80%、功率50%工况下电力推进模式能量效率高,在转速63%、功率25%工况下大功率比并联推进模式和电力推进模式能量效率高。     

混合能源技术在船舶上应用研究概述

研究并概述通过直流微电网高效安全接纳风能、太阳能等诸多可再生新能源发电系统以及动力电池、超级电容等存储系统,与传统基础能源发电系统共同构建混合能源发电系统并应用于船舶配电技术领域,对推进船舶节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义。     

A review of shipboard large-scale energy storage systems北大核心CSCD

储能系统是船舶中的重要设备,可为各类船舶负荷提供能源。随着电力推进技术的成熟,全电船舶已成为未来船舶设计的主要方向。在此背景下,储能系统将由主要为辅助负荷供能逐步发展到为多类型船舶负荷供能,特别是作为船舶动力系统的重要组成部分与各类船舶主/辅机配合,在满足船舶各类负荷需求的前提下提高船舶的经济/环保特性。功能角色的转变加速了大规模储能系统接入船舶,带来了储能系统的状态估计、能量管理、优化规划等一系列问题。首先,对目前的储能技术进行分类;然后,介绍典型全电船舶的分类方法并指出储能系统的应用场景;最后,提出大容量储能系统接入船舶后带来的若干亟待解决的技术问题,即船舶储能系统分布式控制、船舶储能系统适应性规划与优化,以及船舶储能系统状态评估。所做研究可为未来大规模储能系统在电力化船舶上的应用研究提供参考方向。     

基于MATLAB/SIMULINK的气垫船动力系统仿真研究

开展气垫船动力系统仿真是研究气垫船动力系统动态性能的重要手段.建立了某型全垫升气垫船推进、垫升系统及船体的数学模型,采用系统仿真的方法,建立了基于MATLAB/SIMULINK仿真平台的仿真模型.通过选择典型工况和参数设定值对仿真模型和程序进行校核和调试,并以此仿真模型对几种典型工况的动态性能进行了仿真计算.研究结果可为该型船动力系统的设计、试验和使用提供参考.