电-氢多能互补型微电网的VSG平衡电流控制方法

多能互补型微电网将具有互补性的多种能源集中于同一并网系统,可有效提高微电网的能源利用效率及供电可靠性. 虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）技术,实现分布式电源的友好并网. 然而,在非理想运行情况下,当电网电压出现不平衡时,传统的VSG控制不具备抑制负序电流的能力,将导致微电网三相并网电流不平衡,因此提出一种基于电-氢多能互补型微电网的VSG平衡电流控制方法. 本文搭建了包含光伏及储能系统的电能系统模型,和包含电解槽-氢储能-燃料电池系统的氢能系统模型;分析了VSG的基本原理,通过VSG并网小信号模型的分析,对控制参数进行了设计,提高了系统的稳定裕度;定量分析了不平衡电流的产生原因,通过改进dq坐标系下电流指令计算方法,抑制了负序电流,保证电-氢多能互补型微电网的电能质量. 最后仿真验证了多能互补微电网能量管理策略的有效性,仿真结果证明VSG平衡电流控制方法能在电压不平衡情况下实现并网电流三相平衡,最终将冲击电流由52 A抑制至27 A,并显著减小了功率波动.      

PEMFC并网发电系统主动电流控制方法

负载功率变化时,由于传统PQ控制方法未充分考虑质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的实际运行特性,不能有效响应负载需求.为了使PEMFC发电系统在负载变化时准确、快速响应,根据PEMFC发电系统的运行特性和PEMFC并网PQ控制原理,建立了包含150 k W PEMFC电堆、DC/DC变换器、并网逆变器、滤波器等的PEMFC并网系统模型,并在此基础上,提出了基于PQ控制的主动电流控制方法.MATLAB仿真测试结果表明,该方法在额定和非额定输出功率条件下,均能够根据PEMFC输出特性使并网系统有效地响应负载变化,实现从电源到并网的大闭环控制,保证并网系统的稳定、可靠运行,且网侧电流谐波分别为1.76%和2.89%,满足并网要求.     

城市轨道交通车载混合储能系统的研究

针对城轨列车在起动、制动过程中对牵引网电压造成冲击从而引起网压不稳定的问题,提出一种由超级电容与钛酸锂电池组成的混合储能系统,该混合储能系统满足城轨列车对高能量和高功率的需求。以混合储能系统的整体结构为研究对象,着重介绍了预充电回路的设计与仿真验证,它能明显提升混合储能装置的性能以及延长使用寿命。针对该混合储能结构,提出采用综合控制策略,该策略通过控制主电路中两个双向DC/DC变换器的工作模态来实现储能单元工作在恒流充放电状态。最后仿真对比综合控制策略与传统电压电流双闭环控制策略,仿真波形对比分析表明:对于牵引机车等大容量负荷突增与突减造成的网压波动,综合控制策略能更有效、快速调节混合储能系统的充放电状态,确保牵引网压波动幅度较小,提高城轨列车的运行可靠性与稳定性。     

压缩空气与超级电容混合储能系统能量控制策略

结合压缩空气储能和超级电容储能两种储能方式的特点,提出了一种混合储能技术方案.压缩空气储能作为主要能量存储环节,实现大容量存储和持续的能量转化;超级电容储能作为辅助储能环节,实现功率快速响应和间断的能量补充.本文研究了混合储能系统的能量管理控制策略,提出了采用自适应功率调节和规则基础法控制来实现能量分配管理的策略,设计了15 kW混合储能系统的参数.仿真和试验验证了控制方案的可行性.     

基于变分模态分解的混合储能功率分配方法

针对风电功率波动平抑问题,采用功率型储能和能量型储能构成的混合储能系统,提出一种基于变分模态分解获得混合储能系统功率分配的方法.首先,利用滑动平均法确定风电并网功率和混合储能系统充放电功率,采用变分模态分解对混合储能充放电功率分解获得多个子序列;基于相邻子序列间互信息熵值实现混合储能系统的初级功率分配;其次,在混合储能系统内部,根据功率型储能的荷电状态,对混合储能系统功率分配进行模糊控制,得到修正后的混合储能系统充放电功率,实现混合储能系统内部功率的合理分配.算例分析表明,所提方法可以有效平抑风电波动,保证混合储能系统安全稳定运行.     

基于指数平滑法的平抑风电功率波动储能控制策略

随着风电并网渗透率不断提高,风电并网的功率波动对电网产生的不利影响逐渐显现.本文将储能系统（ESS）用于抑制风电发电系统的功率波动性.同时考虑ESS荷电状态（SOC）和风电功率波动率的情况下设计了一种基于指数平滑法（ES）的平抑风电功率波动的储能控制策略方法.算例结果验证了该控制策略的正确性和有效性.     

新型光伏锂电无均衡管理储能发电系统

提出了一种新型光伏锂电储能系统拓扑结构.在该结构中,光伏电池与锂离子电池单体之间通过控制单元实现能量耦合,通过光伏电池与锂离子电池单体之间的结构耦合,实现锂离子电池的无均衡管理（NBCM）.对该拓扑结构进行了仿真和实验验证,实验结果表明,该光伏锂电储能模组能够在以欠压浮充为投切判据的控制单元工作模式下,实现光伏电池近似MPPT工作的同时,能有效地对锂离子电池进行充放电;与肖特基二极管近似直连相比,通过MOSFET以近似直连的方式耦合选定工作电压的30 W光伏电池与锂离子电池能够提升模组能量效率约8%,在独立运行和并网运行光伏储能发电系统中均可应用.      

基于动态规划算法的增程式电动汽车能量管理策略优化

提出了一种动态规划改进算法, 根据约束条件确定未来可达状态序列, 通过计算离散状态点间的转移代价, 在保证求解精度的同时, 降低了离线优化计算量; 利用改进动态规划算法设计了增程式电动汽车能量管理策略, 根据能量管理优化问题特点, 建立了动力系统模型和适用于全局优化求解的系统状态方程, 并确定了以动力电池荷电状态为系统状态量和增程器发电功率为系统控制量; 在迭代计算过程中, 将发动机燃油费用和动力电池电能费用之和作为目标函数, 构建了基于北京主干道不同行驶里程仿真工况, 得到了驱动电机需求功率最优分配结果; 提取了增程器启停状态与动力电池荷电状态和驱动电机需求功率二者之间的控制规则, 利用最小二乘法对增程器功率分流比与驱动电机需求功率的分布规律进行拟合, 建立了基于优化规则的能量管理策略。仿真结果表明: 对于行驶里程为100km的仿真工况, 动态规划改进算法计算时间为7 239s, 与经典动态规划算法相比计算效率提高了78.2%;基于优化规则的能量管理策略能够获得类似动态规划改进算法的控制效果, 2种控制策略的动力电池荷电状态误差小于2.5%;相比实车电能消耗-电能维持型控制策略, 基于优化规则的控制策略能够使整车经济性提高5.4%, 使燃油经济性提高7.9%。      

基于动态混合度的储能式有轨电车能量管理策略

为了提高混合储能式有轨电车的系统效率和运行经济性,基于动态混合度和系统效率之间的关系,提出了基于动态混合度在线凸规划的混合储能式有轨电车能量管理策略.首先基于混合储能式有轨电车各系统参数,对各部件进行建模;其次采用在线凸规划法求解,得到了系统每一时刻的最优动态混合度;最后以有轨电车的典型工况为例,在RT-LAB实时仿真平台研究动态混合度对系统效率的影响.研究结果表明动态混合度同系统效率之间存在凸函数关系:在相同参数条件下,基于动态混合度的在线凸规划能量管理策略较传统的功率跟随式能量管理策略系统瞬时效率最高提升9.6%;当完成整条线路运行,可节省电量2 886.2 kJ,运行经济性提升3.29%.     

基于事件驱动的微电网多目标趋优控制

微电网多目标优化控制问题通常采用非线性高维微分方程组描述,难以用现有数学方法求得满意解.为了解决该问题,提出基于混成控制理论的求解方法,建立一个Stateflow模型,根据输入数据、运行状态控制目标做出判断,调度微网中各微电源,实现微电网安全、稳定、经济运行的多目标趋优控制.针对一个具体直流微电网,论述了各微电源的调度运行策略,给出了相关事件的定义,设计了其事件驱动控制系统,并在MATLAB/Simulink/Stateflow环境下进行了仿真.仿真结果表明该模型能够根据给定数值的燃料电池运行成本、蓄电池端电压、功率缺额输出符合理论分析的控制信号.      

新型供电方式有轨电车能量管理策略

为了提高混合动力有轨电车制动过程中制动能量的回收效率,提出一种考虑储能系统始末状态的能量管理策略.在有轨电车从启动到制动的运行过程中,基于极小值原理对混合动力系统进行功率分配,以实现对超级电容荷电状态(state of charge,SOC)安全范围的有效控制,并保证在制动时刻超级电容具有足够的SOC余量来吸收制动功率;同时,将有轨电车启动、运行过程中的牵引控制策略与制动过程的能量回收策略相结合,采用绝缘栅门极晶体管(insulated gate bipolar translator,IGBT)斩波器与制动电阻相结合使用的方式,抑制母线电压的抬升;最后基于实际的有轨电车运行工况,在MATLAB/Simulink平台下进行了仿真测试.结果显示,在有轨电车制动时刻,超级电容SOC均能够按照预期下降到0.4左右,且在制动全过程中,有轨电车母线电压始终处于875 V以下,满足母线电压的控制要求.     

含光伏和混合储能的同相牵引供电系统日前优化调度

既有牵引供电系统中以负序为主的电能质量问题以及电分相环节严重制约了其安全、高效运行，目前理想的解决方案是基于对称补偿理论的同相供电技术. 通过同相补偿装置中的直流母线接入光伏发电系统以及混合储能装置，进一步实现再生回馈能量利用和牵引负荷削峰填谷，提高光伏渗透率. 因此，建立了一种同相牵引供电系统优化运行模型，该模型以同相牵引变电所日运行成本最低为目标，以混合储能装置充放电策略、光伏出力以及潮流控制器功率为决策变量，尤其考虑了电网侧三相电压不平衡度约束；进一步将原始优化模型中非线性约束进行线性化处理，得到混合整数线性规划模型，并利用商业规划求解器CPLEX进行求解. 算例分析结果表明:接入光伏与混合储能装置后日运行成本可节省36.45%，且三相电压不平衡度满足国标上限2%的要求.      

燃料电池小型车SOC动态调节的功率跟随控制策略

针对风冷型质子交换膜燃料电池与锂电池组成的小型车用混合动力系统,提出一种根据SOC(state of charge)动态调节功率跟随系数的能量管理方法,完成混合动力观光车样车研制.对构成样车的混合动力系统、氢气储存供给系统、信号控制系统3部分进行了详细阐述,并对不同工况下功率跟随算法调节系数对控制效果的影响进行了分析;...     

基于状态机的燃料电池混合动力系统控制策略

针对由2套大功率氢燃料电池、超级电容和动力电池所构成的有轨电车用混合动力系统,提出能够满足运行工况需求的状态机控制能量管理策略. 首先,以状态机为基础构架,将有轨电车的运行划分为牵引、惰行、制动和故障4种状态;接着研究了4种运行状态下的能量管理策略,牵引状态采用基于自适应放电系数的均压算法,惰行状态采用改进的最大效率点跟随算法;然后基于4种状态,进行了整车实际运行;最后对比分析了功率跟随策略、状态机控制策略的能耗和电池堆效率. 研究结果表明:基于自适应放电系数的均压算法能够保证2套超级电容在牵引状态中均匀放电,避免了单套超级电容过度使用的情况;改进的最大效率点跟随算法使得燃料电池的平均效率提高了3.91%;此外,状态机控制策略与功率跟随策略的电堆效率分别为61.89%、57.98%,前者比后者节约了3.2%的氢气.      

基于LCL滤波器的单相光伏并网三环控制策略

引入LCL滤波器代替L型和LC型滤波器。分析了有源阻尼算法,针对在光照过强的条件下由于输入功率和输出功率不匹配出现的直流母线过电压现象,提出直流母线电压环、电网电流环、电容电流环三环控制策略,稳定直流母线电压。搭建了单相光伏并网控制系统模型,详细分析了所设计的控制策略,仿真结果表明,采用新型控制策略能有效控制直流母线电压,改善入网电流品质,提高系统的稳定性。     

有轨电车燃料电池混合动力多目标匹配优化

有轨电车燃料电池混合动力系统配置对整车动力性能、系统效率及经济效益具有重要影响，但是目前缺乏有效的优化匹配方法. 基于有轨电车沿线动态工况下的牵引功率计算，提出了面向服役周期成本最低的燃料电池有轨电车混合动力系统匹配优化方法. 以混合动力系统整车服役周期成本最低、体积/重量最小为目标函数，以动力性能、直流母线电压、电源输出功率、功率/能量实时平衡、储能系统充放电倍率及其充放电深度和SOC （state of charge） 为约束条件，建立了多目标多约束配置优化模型. 采用多目标优化方法获取Pareto前沿，同时给出了体积/重量可接受、经济性最优的推荐方案确定方法. 仿真结果表明，多目标匹配优化方法配置的有轨电车燃料电池混合动力系统满足了所有设计指标，混合动力系统全寿命周期成本从7 000万元降为1 500万元.      

电气化铁路同相储能供电系统能量管理及容量配置策略

为进一步降低电气化铁路对三相电网的负序影响,兼顾牵引变电所节能经济运行,提出了一种电气化铁路同相储能供电系统能量管理策略和容量配置方案.首先,以三相电压不平衡度限值为约束,确定了不同负序超标情况下储能装置启动阈值;而后,建立了储能供电系统负序补偿模型,计算储能装置充放电电流;最后,以牵引变电所实测数据为例,给出储能装置容量配置方案,并计算验证了所提能量管理策略的可行性和正确性.研究结果表明：该同相储能供电系统通过实时控制储能装置充放电,可实现负序满意度补偿、负荷削峰填谷、兼顾再生能量利用,负序补偿度由储能装置放电功率决定,削峰填谷效果和再生能量利用率由储能装置启动阈值和储能容量决定;储能容量一定时,越小阈值,再生制动能量利用率越高.     

超级电容储能系统抑制直流牵引网压波动的研究

超级电容储能装置通过双向DC/DC变换器为列车提供牵引或者吸收再生制动能量,本文就车载超级电容储能系统的结构及充放电控制策略进行了研究,给出超级电容储能系统充放电控制策略,通过对其控制策略的仿真分析,验证了超级电容储能系统可以有效地防止城市轨道交通供电系统中电力负荷波动和再生失效等问题.