城市轨道车辆超级电容器储能系统的控制

超级电容器作为新兴的储能器件可应用于城市轨道交通储能系统中,而这种储能系统多采用双向DC/DC变换器的主电路.通过对主电路的工作分析,提出了储能系统的电压电流双闭环控制方法,并通过仿真和实验验证了超级电容器储能系统在电压电流双闭环控制下,可以实现超级电容器储能系统的充放电,证明了双闭环控制系统的可行性.     

基于超级电容的永磁同步风力发电机不对称故障穿越方法

风电系统与电网之间的相互影响越来越大,需要并网风电机组具有故障穿越能力来保证电网安全运行。为了提高永磁同步风力发电机组(PMSG)在不对称电网故障下的穿越能力,提出了一种基于超级电容储能的PMSG风电机组的故障穿越方法。该方法采用双向直流变换器将超级电容器组连接在交直交变流器的直流母线上,通过对超级电容的吞吐功率进行控制,限制了故障情况下交直交变流器直流侧电压上升,并降低了不对称故障引起的直流母线电压2倍工频纹波。同时在网侧换流器的控制中采用电网负序电压前馈的方法,消除并网电流负序分量。结合低电压穿越标准,对超级电容的容量选取进行了讨论,并建立了超级电容器及其功率变换电路的数学模型,设计了超级电容储能系统的控制器。采用Matlab软件,对1 MW机组的仿真结果表明,所提出的不对称故障穿越方法,可同时减小并网电流负序分量和直流母线电压的2倍工频纹波,提高了机组不对称故障穿越能力,验证了文中提出的故障穿越策略的有效性。     

串联超级电容组动态分段充电控制策略

针对目前的超级电容组充电策略存在过压风险和容量利用率较低的缺陷,在现有充电方法的基础上,提出一种动态分段超级电容充电控制策略,提高了超级电容容量利用率.该方法划分为恒流充电、恒压充电与浮充3个阶段,恒流充电又划分为启动阶段、恒流阶段与充电终止阶段,恒压充电根据单体电压动态确定,设计了状态机实现该方法.采用带有均压电路的串联电容组模型进行仿真实验以验证充电效果.仿真结果表明:该方法可将超级电容利用率提高9%.     

基于改进麻雀算法的混合储能容量配置

针对传统的分配策略在混合储能系统中存在可用容量差异,且混合储能系统会因为可用容量不够而停运的问题,提出一种采用改进麻雀算法的功率分配策略。该策略将混合储能体系内有效存储容量占总体容量之比最优化作为目标,并利用改进麻雀算法能更好地解决锂电池跟超级电容之间的功率分配问题。并且利用超级电容器高功率、低能量密度的特点,针对实际工作中会发生可用容量不够的问题,提出运用锂离子电池根据转移电流调整超级电容器的残余有效储能容量的方法,并利用模糊控制的转移电流求解方法,使超级电容器始终保持一定的有效储能容量,从而增强了超级电容器的持续运营能力。仿真实验结果表明,该策略具有快速性、稳定性及有效性。     

混合动力汽车再生制动能量回收技术研究

混合动力汽车的频繁制动会产生大量的电能,为了有效吸收汽车再生制动产生的能量,提出了一种超级电容储能与蓄电池相结合的吸收方案,超级电容储能可以高效回收制动产生的能量,蓄电池的辅助吸收可以降低超级电容器容量的限制,有效稳定直流电压.     

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.     

超级电容储能装置电压采集电路设计

介绍了超级电容储能系统的整体结构,对储能系统的各组成部分进行阐述和说明。针对超级电容储能装置系统的特点和要求,设计了一种性能稳定、高精度的电压采集电路。分析了电路的原理,给出了电路的原理图。对电路的实际运行数据和测试数据进行了分析,通过软件处理和温度补偿,提高了电路的测量精度。实验表明,该电压采集电路能够满足超级电容储能装置的要求,具有广泛的应用场景。     

锂电池-超级电容混合系统能量管理与仿真

为了解决储能蓄电池作为动力源应用电动汽车的单一化等不足,在对锂电池与超级电容的外部工作特性及其储能机理理论研究基础上,提出锂电池-超级电容混合电动汽车能量系统。首先基于超级电容内部化学反应与外部工作特性,提出等效电路模型,并建立了其时域状态空间模型。接下来制定脉冲电流实验方案采集电压实验数据,辨识得到准确的超级电容模型,并通过模型仿真曲线与实验曲线的对比来验证模型的准确性。然后结合电动起实际工况及电池和超级电容储能机理,提出超级电容-电池电动汽车能量管理策略,最后基于超级电容模型和电池模型,在matlab/simulink仿真实验平台搭建起超级电容-电池混合电动汽车能量仿真模型,仿真结果验证管理策略的可行性和准确性。     

混合储能的太阳能LED路灯电源系统设计

针对普通铅酸蓄电池太阳能LED路灯储能系统使用寿命短的问题,提出了一种解决储能系统使用寿命短的新方法:利用磷酸铁锂电池进行储能、超级电容滞环电压比较法对蓄电池充放电过程进行控制.对磷酸铁锂电池太阳能LED路灯控制部分进行了仿真,结果表明:该方法能够在弱光及光强不稳定情况下将扰动信号能量储存在超级电容中,对蓄电池进行充电,有效提高了路灯系统的能量利用率及使用寿命.     

一种改进的船载混合储能系统分布式协同控制策略

为提高双电型船舶直流推进系统的电能质量和稳定性，设计一种改进的由超级电容和蓄电池组成的船载混合储能系统分布式协同控制策略：蓄电池和超级电容分别用比例下垂和积分下垂控制，以实现高低频功率分配；每个蓄电池配备一个本地分布式补偿器，使多个并联蓄电池之间实现自主功率分配和荷电状态(SoC)均衡；同时，利用直流母线电压二次调节，实现直流母线电压的自主恢复，并且将其与积分下垂控制结合，实现超级电容的SoC快恢复；最终，建立了船载混合储能系统的通用数学模型，并利用该模型进行了动态分析，从理论上验证了该系统的蓄电池SoC动态均衡、超级电容SoC快速恢复、自主功率分配和直流母线电压自主恢复等多个功能的有效性。硬件在环实验结果和理论分析一致，有效证明了该系统的多功能特性。     

Study on fuzzy control of dynamic equalization based on state prediction

A new method of using dynamic equalization technology to realize the maximum energy storage utilization was presented to overcome the influence of the disaccord among units of series super capacitor (SC) bank and ensure that the units could work safely. By considering in combination with the high specific power, low working voltage, wide voltage working range and nonlinear external characteristics, we present constant duty ratio pulse frequency modulation mode and fuzzy control method based on state prediction in the active equalization circuit and accomplish the software and hardware design for the equalization system. The simulation analysis and experiment results of constant current multi-cycle and variable current multi-cycle charge-discharge process verify the validity of the design.     

高线性度大摆幅56 Gbit/s PAM4驱动电路设计

面向高速串行接口发送端应用,设计了具有二阶去加重均衡功能的高线性度大摆幅四电平脉冲幅度调制（4 pulse amplitude modulation,PAM4）电压模驱动电路。采用查表的方式对信道损耗进行灵活补偿;在输出端并联两个电阻解决传统电压模驱动电路设计中线性度较低的问题;采用反相器堆叠的推挽式结构实现了高输出摆幅;提出一种新型电平转移电路,解决了连续0或1数字码产生的直流电平漂移问题。仿真结果表明,驱动电路的电平失配率为97.9%,去加重均衡实现6.6 dB、13 dB和19.6 dB三种去加重级数,差分输出摆幅为2 V,功耗效率为2.3 mW/（Gbit/s）。     

基于锂电池系统模块化和PCS控制策略的研究

针对目前电网用户侧用电分布不均对电网产生的冲击和现阶段部分储能电池的利用率较为低下、寿命较短等问题进行研究,提出了模块化储能电池并网的方案;利用升降压电路、均衡电路以及能源管理控制相结合形成的电池模块取代传统的电池组直接串并联,通过PCS电路连接变压器将电池模块并网;在对PCS系统进行研究时,采取准比例谐振控制和比例积分控制结合的控制策略,在两相静止坐标系控制下,保证无静差追踪,使用电压电流双环控制,保证并网的准确性和稳定性;最后对研究进行MATLAB实验仿真,得到的并网电流符合要求,证明了研究的可行性:可以通过电池模块对所要缓解压力的用户侧变压器进行并网减压。     

基于可重构电路的电池组充电均衡方法

为缓解锂离子电池组在恒流充电结束后因压降导致的电池组电压不一致问题，提出了一种改进型可重构均衡电路。在电池组充电过程中，改进型可重构均衡电路可等效为传统可重构电路，通过可重构电路控制各个电池充电状态，使电池组在充电过程中达到均衡；充电结束后并静置一段时间，通过改进型可重构电路中的Buck-Boost电路进行再均衡。改进型可重构电路能够在保证充电均衡的基础上对因压降现象而造成的电池组电压不一致进行再均衡。最后，通过搭建实物平台对该改进型可重构均衡电路进行验证，并与传统可重构电路进行比较，实验结果表明该均衡电路具有良好的性能。     

关于对（100mV～200mV,5mA～10mA）范围内微电能存储利用的研究

针对微弱电能存储和利用方面较难实现的问题,设计了本系统：在不借助外部电源对该系统供电的前提下,对输入端为100mV～200mV、5mA～10mA范围内的微弱电能,利用储能电感和超级电容对微电能进行两个阶段的中间储能,使电能逐级增强,当达到预定值时通过PWM调制电路实现电能平稳快速释放,可最终输出4.2V、355mA稳定的电能,用来为蓄电池充电。     

基于反激式变换器的锂电池组主动均衡电路

串联锂电池组大多采用相邻电池单体间能量转移的方式进行均衡,均衡效率低、时间长.为提高锂电池组的均衡效率,提出一种基于反激式变换器主动均衡电路拓扑.该电路拓扑包含4个均衡模块,利用耦合电感作为储能元件将能量从电量高的电池单体转移至其余电池单体.该拓扑结构简单,便于控制,且各模块可同时均衡,有效提高均衡效率、缩短均衡时间.在MATLAB/Simulink中仿真,与传统多电感均衡电路和基于双层Buck-Boost均衡电路进行对比.结果表明:所提出均衡电路效率高且能达到较高精度,有效提高均衡速度,缩短均衡时间.     

一种电动汽车动力电池均衡控制方法的设计

针对电动汽车动力电池均衡控制存在的问题,给出了一种通过电压变换器和恒流电路对电池进行均衡的方法.该方法能满足各单体电池间均衡要求,且可避免尖峰电压对电池冲击.对均衡控制的整体结构进行了讨论,并介绍了电压变换器设计方法.对电池充电过程的非线性特性,给出了一种易于实现且可满足均衡控制要求的闭环反馈的电流控制方法.实验结果表明,所设计的均衡控制方法能满足动力电池均衡控制的要求.     

PCMICA无线数据上网卡电源电路设计

研究了PCMCIA无线数据上网卡电源电路设计,分析了PCMCIA无线数据上网卡电源电路设计中面临的问题:电压转换、储能、过流保护.对DC/DC电压转换电路和超级电容储能电路进行详细分析,并给出了解决方案.     

电容储能高功率脉冲成形网络浪涌过程分析

针对电容储能高功率脉冲成形网络工作过程中存在的电流和电压冲击问题,建立了脉冲成形网络的等效电路.采用理论分析和数值计算的方法,研究了电路放电时的瞬态过程,分析了冲击电流和浪涌电压产生的机理,讨论了抑制电流和电压冲击的措施.研究表明:硅堆结电容的存在使硅堆所在的回路具有二阶电路的特性,负载的非线性或时序放电过程会引起硅堆两端反向电压的振荡.通过在硅堆旁并联一定阻值的电阻,使系统处于过阻尼状态,可以起到抑制电压振荡的目的.实验验证了方法的有效性,为硅堆的保护提供了一种新的技术途径.