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.     

双向DC/DC变换器在直流微网中的应用

为了降低直流微网母线电压的波动,提出基于双向DC/DC变换器的储能控制策略。运用直流母线电压外环,双向DC/DC变换器电感电流内环的控制方法实现直流微网与储能系统之间能量的双向流动。在系统电压产生波动时能够恢复到正常工作电压状态。通过仿真验证所提控制策略的正确性。仿真表明储能系统通过控制策略可以实现能量的双向传递。并且当电压突变时,储能系统可以使直流母线电压稳定,提高了系统可靠性。     

应用于超级电容储能的开关准Z源双向DC/DC变换器研究

为了解决超级电容储能系统中超级电容升降压变换比较低以及输出电压波动较大的问题,同时在升压时提高充电速度,本文提出一种新颖的开关准Z源双向DC/DC变换器。该变换器添加了2个开关电容,升压过程中电压增益提升1/4,降压过程中降压系数减小1/5,并使开关管的电压应力降低1/5。论述了超级电容升压放电模式以及充电降压模式的工作过程,并设计了电压/电流双闭环升压控制策略,使输出电压波动小于0.98%,电感电流幅度减小0.82 A。同时设计恒电流转恒电压降压控制策略,提升9.26%充电速率。MATLAB仿真证明了所提变换器的特性和理论分析。     

基于超级电容储能的光伏并网低电压穿越研究

采用超级电容储能配合光伏并网系统实现其低电压穿越功能,在电网电压跌落时,并网逆变器直接功率控制(DPC)的有功参考根据电网电压跌落程度进行给定,同时通过控制双向DC/DC变换器将直流母线侧多余能量存储于超级电容,以平衡逆变器两侧的功率,维持直流母线电压稳定.最后通过仿真验证了采用超级电容储能的协调控制方案的有效性和可行性.     

风机独立变桨超级电容双向DC-DC变流器仿真研究

采用超级电容作为风机变桨系统后备电源,可提高变桨电源的可靠性、安全性和免维护性.提出了一种双向DC-DC变流器的超级电容充放电方案.对双向DC-DC变流器进行小信号建模,对系统进行了有、无PI控制器的稳定性比较,给定输入电压,通过调节PI控制器中的参数来获得期望电压和电流,对Buck与Boost两种工作情况进行仿真,验证能量双向PI控制的可行性.仿真结果表明,采用双向DC-DC变换器的PI控制参数设计,可以有效实现超级电容充放电控制.     

基于混合储能系统的光伏并网发电有功分级补偿控制方法研究

针对有功功率波动给光伏并网发电系统带来的电能质量等一系列问题,提出一种基于主动式混合储能系统的有功功率分级补偿控制方法。设计了基于超级电容与蓄电池的主动式混合储能系统结构,该结构能够充分发挥超级电容与蓄电池各自的优势,提高储能系统的功率输出能力;阐述了分级补偿控制的基本原理,并对混合储能系统中蓄电池、超级电容的容量进行了优化配置;基于模糊PID,构建了双向DC/DC变换器的整定控制方法,解决了常规PID调节器参数难以在线整定的问题。仿真分析表明,提出的有功功率补偿控制方法可以有效补偿光伏并网发电有功功率的波动。     

城轨交通超级电容储能系统变增益控制方法研究

在城轨交通中使用超级电容储存列车再生制动能量可实现良好的节能和稳压效果.本文分析了牵引供电系统、列车、双向DC/DC变换器和超级电容的特性,由此建立了超级电容储能系统模型,并根据所建立的模型探讨了牵引网电压和占空比对系统动态性能的影响.分析表明,牵引网电压和储能系统占空比分别影响了储能系统的内环和外环动态性能.提出了储能系统内环和外环变增益控制策略,消除了上述两变量对系统动态性能的影响.仿真和实验结果验证了所提出的控制策略的有效性.     

混合动力挖掘机回转制动能量回收系统建模与试验研究

为了回收液压挖掘机回转阶段的制动能量,对挖掘机典型作业工况及能耗进行分析,设计一种以液压马达+电机为回收方式、超级电容为储能元件的回转制动能量回收方案。构建回转制动能量回收系统中发动机、电机、回收马达、超级电容等关键元件数学模型,在对回转运动状态确认与能量回收模式切换、回收电机力矩输出控制和超级电容SOC判断的基础上,建立能量回收系统的仿真模型,以挖掘机实际载荷谱为输入对系统能量回收效果进行仿真分析。搭建挖掘机回转制动能量回收系统试验平台,对该试验系统的能量回收效果和回转驱动性能进行试验研究。研究结果表明:该能量回收方案可行,在不影响挖掘机回转驱动性能的同时,平台回转制动能量回收效率可达到40%以上。     

液压挖掘机混合动力系统节能特性及试验研究

针对目前液压挖掘机能量利用率低、油耗高的问题,分析挖掘机在典型作业工况下的能量损耗,确定混合动力系统进行节能研究的重要方向.根据混合动力挖掘机的特点,提出基于超级电容与电机的并联式油电混合动力系统方案,以山河智能公司20吨级液压挖掘机为平台建立系统仿真模型,对系统动力耦合特性、控制策略及超级电容SOC等因素给混合动力挖掘机节能效果带来的影响进行理论计算和仿真分析,并对系统关键参数进行了优化匹配.搭建液压挖掘机混合动力系统试验平台,对系统的节能效果进行试验验证.研究结果表明,采用油电并联混合动力系统,并选择合适的动力耦合参数、瞬时优化控制策略及超级电容SOC补偿参数有利于提高液压挖掘机的节能指标,节能效率可改善20%以上.     

加装超级电容的电动汽车DC/DC变换器设计

为满足加装超级电容的电动汽车对DC/DC变换器低压大电流、动态响应快的要求,选择了一种交错并联双向DC/DC变换器拓扑,其具有开关管电压应力低、输入电压与输出电压具有较大的变换比、输入电流与输出电流波纹小等优点.针对电动车在不同情形下系统的控制目标,设计了相应的控制器,并在Matlab/Simulink环境下构建控制器的仿真模型,对其性能进行分析.结果表明所选的拓扑结构及控制方法很好地达到了设计要求.     

基于超级电容器储能的直驱风电系统并网性能分析

为改善直驱风电系统的并网性能,在直流母线电压端并入超级电容器储能装置.分析了基于超级电容器储能的直驱风电系统模型,设计了控制策略,通过控制双向直流变换器及并网变流器,抑制风机功率的波动以向电网输出平滑的功率.在电网电压跌落时,使直驱风电系统安全实现低电压穿越,并向电网提供一定的无功功率支撑.利用依兰风电场18#风机实际输出功率作为控制对象进行仿真.结果表明,加入超级电容器储能装置可以改善直驱风电系统的并网性能.     

用于电动汽车的磁集成结构DC/DC变换器

基于传统储能设备的功率密度以及转换效率低,在很大程度限制了电动汽车的操控性和续航性能,提出一种磁集成结构的DC/DC变换器应用于电动汽车的混合储能系统。研究结果表明:加入二阶贝塞尔低通滤波器,配合磁集成结构本身的滤波性能,结合混合储能系统的优越性可以显著提高电动汽车的工作效率和稳定性;磁集成技术可以减小变换器整体体积和降低变换器磁芯损耗。蓄电池与超级电容构成的混合储能系统具有高容量储能、快速响应、回收制动能量的特点;该混合储能系统能够优化电能质量,提高电动汽车的续航时间和加速时所需能量,在传统的驾驶周期内具有良好的性能。     

微电网中AC/DC双向功率变换器的研究

在交直流混合微电网中最具有价值部分的构造是其中的AC/DC双向功率变换器,可以使系统运行更加安全可靠。针对现有的AC/DC双向功率转换器功率流动不稳定和负荷电压波动大的不足,提出了一种在交直流混合微电网中适用的AC/DC双向功率转换器。通过对三相静止ABC坐标系和旋转坐标系建模,在此基础上利用PI控制器进行电流控制,用电流电压双闭环控制策略来控制变换器的运行,当负荷波动时,能够保证负荷侧电压迅速恢复稳定以及交直流母线间功率的双向流动。最后,通过搭建Matlab/Simulink系统仿真模型验证了所提出的AC/DC双向功率变换器拓扑和控制策略的可行性和有效性。     

用于混合动力汽车的软开关双向DC/DC变换器

双向DC/DC变换器作为混合动力汽车能量管理系统的核心,在混合动力汽车能量双向转换控制中起到关键作用。根据混合动力汽车对双向DC/DC变换器的要求,选取双向Buck/Boost变换器作为主电路拓扑,减小了重量与体积、提高了系统的工作效率,同时采用半导体软开关技术有效减小开关损耗。推导出变换器在不同工作模式时的动态模型,并对相应模式下的控制器进行设计,提高了系统的稳定性和动态响应速度。最后,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

混合动力汽车能量控制系统的研究

针对传统混合动力汽车复合电源中蓄电池和超级电容的功率平衡问题,提出了一种复合电源能量模糊控制分配系统。该系统设计上通过针对蓄电池的内阻随温度变化和超级电容的本身的充放电特性来优化控制器结构。通过混合动力汽车本身的工作模式来进行分析,模糊控制器使超级电容可以自动变化参考电压使超级电容器输出需求功率中的峰值功率,蓄电池则承担其平均功率。使混合动力汽车在复杂的驾驶环境时,储能系统能够稳定的提供汽车所需要的能量。仿真结果表明该方法可以有效的稳定复合电源中蓄电池的温度使其能够在汽车的各个运行过程中稳定工作的。     

复合电源电动汽车动力系统建模与仿真

由于蓄电池的功率密度低、能量密度低,以蓄电池作为单一电源的纯电动汽车,动力性和续驶里程因此受到极大的限制.本文将超级电容引入到电动汽车的储能系统中,构建超级电容一蓄电池复合电源系统,利用超级电容高功率密度特性弥补蓄电池的不足.分析了在典型工况下的车辆需求功率对应的电流变化曲线,并根据储能系统的状态划分为单独驱动、共同驱动、预充电和再生制动共四种工作模式,在MATLAB/Simulink环境下建立了纯电动汽车动力系统的仿真模型,包括蓄电池模块、超级电容模块、功率分配模块和驱动模块,根据市区循环工况进行了仿真测试,结果表明采用超级电容一蓄电池储能系统能发挥其高能量密度和高功率密度特性,从而提高车辆的动力性能,使能量利用率提高了近17％.     

基于串级结构控制的新型双向DC/DC变换器

针对双向直流变换器电压开关损耗较大,变比范围较小,传输功率密度较低等问题,提出一种新型的双向DC/DC变换器,该变换器是由Back/Boost变换器与双半桥隔离变换器组合而成的一种新型拓扑结构.建立该电路的数学模型,设计串级控制器,通过MATLAB仿真验证可行性.结果表明,这种新型变换器有较好的鲁棒性和动态响应能力,可以实现高增益、大变比、高功率密度传输.     

混合储能系统功率自主分频控制方法

针对分布式电源出力间歇性与负载多变性的问题,储能成为直流微电网电压支撑与改善电能质量的重要途径.为了充分利用混合储能系统的优势,实现功率的合理分配,提出了一种适用于混合储能系统的功率自主分频控制方法,该方法通过在各储能单元下垂控制环中引入虚拟阻感或虚拟电容,重塑各变换器的等效输出阻抗值,从而实现了超级电容和蓄电池的优势互补.在负荷突变时,超级电容能快速吸收系统功率波动的高频部分,提高系统的动态响应;蓄电池则主要用来平衡系统功率波动的低频部分,延长蓄电池的使用寿命,从而保证系统稳定可靠运行.仿真验证了所提方法的正确性.     

超级电容在电动车中的应用研究

介绍了超级电容的机理与特点,概述了国内外超级电容在电动车中的应用研究现状,通过分析比较超级电容在电动车中应用的拓扑结构及控制策略,设计了一种新型的超级电容-蓄电池复合电源电动车控制系统（包括一个双向DC／DC变换器和一个三相全桥逆变器）．实验结果表明,该复合电源电动车能兼顾蓄电池和超级电容的优点,可以更好地满足电动车启动和加速性能的要求,并能提高电动车制动能量回收的效率,增加续驶里程．以超级电容为惟一能源的电动车可以作为固定线路车使用,但配套设施还需要完善,所以发展趋势并不乐观．     

低速电动汽车混合能源存储系统效率分析

利用超级电容的高功率密度特性和磷酸铁锂电池的高能量密度特性,设计了低速电动车主动并联混合储能系统方案.采用实验方法分析磷酸铁锂电池的效率,并通过理论公式分析了双向直流功率变换器的效率.探讨了将超级电容和磷酸铁锂电池结合使用,结果发现,采用双向直流变换器的混合能量存储系统能提高效率.通过实验验证,双向直流变换器的实际效率为90.5%,接近理论公式计算得到的效率91.6%.