Application and control of super capacitor in high-speed railway regenerative braking energy storage

针对高速列车在制动过程中产生的再生制动能量得不到有效利用的问题,提出一种基于超级电容（supercapacitor,SC）的高速铁路再生制动能量存储方案。该方案以铁路功率调节器（railway power conditioner,RPC）作为接口电路,将储能装置与牵引供电系统连接在一起,采用超级电容作为储能介质,通过双向DC/DC变流器与铁路功率调节器直流侧相连,从而实现能量存储与补偿负序电流的功能。在研究储能方案拓扑结构的基础上,分析了负序电流的补偿原理,并根据补偿原理研究了储能方案的控制策略,对RPC两变流器采用滞环控制的方法,对储能装置中的双向DC/DC变流器采用电流闭环的控制方法。仿真结果表明,所提出的存储方案能够有效回收利用高速列车产生的再生制动能,并对负序电流进行补偿,改善电网侧电能质量。     

A power allocation strategy of a hybrid energy storage system for a PV grid-connected system

针对光伏并网系统中光伏微电源出力的波动性和间歇性,将蓄电池和超级电容器构成的混合储能系统HESS（hybrid energy storage system）应用到光伏并网系统中可以实现光伏功率平滑、能量平衡以及提高并网电能质量。在同时考虑蓄电池的功率上限和超级电容的荷电状态（SOC）的情况下,对混合储能系统提出了基于超级电容SOC的功率分配策略;该策略以超级电容的SOC和功率分配单元的输出功率作为参考值,对混合储能系统充放电过程进行设计。超级电容和蓄电池以Bi-direction DC/DC变换器与500 V直流母线连接,其中超级电容通过双闭环控制策略对直流母线电压进行控制。仿真结果表明,所提功率分配策略能对混合储能系统功率合理分配,而且实现了单位功率因数并网,稳定了直流母线电压。     

高铁新能源混合储能系统低碳经济优化运行研究

随着“双碳”目标的全面推进,对新能源的需求日益增加,迫切需要推进铁路、新能源、储能的耦合互联,推动铁路低碳绿色发展。为此,提出一种高铁新能源混合储能系统低碳经济优化运行模型。首先,为进一步调动铁路行业的减碳积极性,将碳收益纳入到高铁系统运行模型中,并建立由钒电池和超级电容组成的混合储能系统数学模型;然后,采用拉丁超立方机会约束规划法处理新能源的不确定性,提出一种混合储能系统能量管理策略,以钒电池停止充放电阈值与储能容量配置参数为优化变量,以新能源混合储能系统在全寿命周期内为高铁系统带来的总净收益最大为优化目标,采用基于柯西变异的自适应粒子群算法对实际算例进行求解;最后,通过对比与分析,验证了所提方案和算法的有效性和优越性。     

双级锂电池-超级电容混合储能的协调控制及功率分配

为平抑直驱式永磁同步风电机组功率波动,文章采用双级锂电池-超级电容混合储能的分层控制策略。首先,通过双向DC/DC变换器控制各储能单元充、放电;其次,将混合储能系统分为协调管理层和功率优化层,协调管理层充分利用锂电池和超级电容优势互补,功率优化层以锂电池荷电状态和最大充、放电功率为约束,建立锂电池功率分配策略及充、放电模式切换;最后,将实测风速数据导入仿真模型,并对比单级锂电池系统的充、放电次数。仿真结果表明,文章所提混合储能系统分层控制策略可很好地实现平滑风电系统出力,且减少了锂电池的充、放电次数,延长锂电池的使用寿命。     

基于变换器级联的直流微电网混合储能系统及控制

提出一种基于双有源全桥DC/DC变换器和Buck/Boost双向变换器级联结构的直流微电网混合储能系统及其控制策略。前级为双有源全桥DC/DC变换器,连接超级电容和直流母线,利用超级电容快速补偿直流微电网的高频功率波动;后级为Buck/Boost双向变换器,连接锂电池和超级电容,通过锂电池对超级电容进行能量补充,间接补偿直流微电网的低频功率波动。该混合储能系统结构不但能满足分频补偿直流微电网功率波动的要求,而且利用双有源全桥DC/DC变换器,实现与直流母线的电气隔离,同时有效降低储能设备额定电压;并且对Buck/Boost双向变换器下垂特性进行分区能有效减少锂电池动作次数延长其使用寿命。通过仿真验证,所提出的控制策略可依据直流母线电压信息,快速调节混合储能系统的输出功率,维持直流母线电压稳定,实现直流微电网的可靠运行。     

一种基于模糊控制的混合储能系统能量管理策略研究

混合储能系统中,锂离子电池循环寿命短和超级电容能量不足是制约混合储能发展的两大因素。文章提出了一种新型混合储能系统的能量管理策略,在综合考虑锂离子电池温度及荷电状态和超级电容荷电状态的基础上,通过模糊控制动态调节低通滤波器的时间常数,实现对混合储能的功率分配。在保证锂离子电池平滑输出的同时,减少了锂离子电池热量的产生;运用能量转移的方式对超级电容进行越限保护,提高超级电容在两种极端情况下的响应能力。算例分析表明,文章提出的功率分配策略和超级电容越限保护方法,可以有效地改善两种储能介质的出力。     

小型风力发电混合储能及能量管理系统

针对小型风力发电系统中风速和负载突变引起的功率波动,采用蓄电池和超级电容器组成混合储能系统进行平抑,为充分利用蓄电池和超级电容器所具有的互补性能,研究了能量管理控制策略。根据风速及负载的变化和超级电容器的荷电状态,控制混合储能装置的工作模式,使风力发电机、蓄电池和超级电容器3个能量源协调工作。为验证能量管理策略的有效性,用Matlab/Simulink进行仿真研究。仿真结果表明:风力发电机输出功率波动且负载突变时,采用混合储能能够减小功率波动对系统的冲击,使蓄电池工作在优化的充放电状态,有助于延长蓄电池使用寿命,加快储能装置响应速度,提高系统能量利用效率。     

基于集合经验模态分解的微电网混合储能优化配置

为了平抑微电网联络线功率,该文采用磷酸铁锂电池与超级电容组合的方式进行微电网混合储能优化配置。首先,根据电网调度安排,将微电网净负荷分解为联络线功率与混合储能系统总功率。其次,通过集合经验模态分解将混合储能总功率分解为锂电池平抑的低频分量与超级电容平抑的高频分量,并建立混合储能的等年值成本、平抑联络线功率、能量供需平衡目标函数,采用自适应粒子群算法求解混合储能容量。根据储能的荷电状态,采用模糊控制算法对锂电池、超级电容的充放电功率进行二次修正,保证储能系统的长期运行。基于某并网型微电网进行算例分析,仿真验证该方法的经济性与有效性。     

双向DC-DC与超级电容系统非线性协同控制研究

以含超级电容为储能本体的光伏变换器系统为研究对象,提出一种改进型非线性协同控制方法对超级电容进行充放电控制,并通过双向DC-DC变换器协调光伏供电母线与超级电容之间的能量传递,可有效增强光伏发电系统母线电压稳定性。对该控制策略进行Matlab/Simulink模拟分析与实验验证,研究结果表明:采用带积分项与设定参数在线调整的改进型非线性协同控制方法能有效提高微电网直流侧适应光伏发电随机波动性和间隙性的能力,克服超级电容充放电过程中端电压变化大、无稳定工作点及DC/DC变换器本质是非线性的弊端,从而避免电压波动引起的电网故障;在突发辐照度变为0 W/m~2,超级电容端电压大幅下降故障后系统具有快速动态恢复效果。该方法实现简单、抗干扰性强,适于超级电容直流储能单元。     

基于混合储能的风光储联合发电系统优化研究

风光储发电系统与混合储能系统的结合能够进一步提高系统的综合效率.为此,本文提出一种结合混合储能技术(锂电池和超级电容)、可再生能源综合利用技术(太阳能和风能利用)的风光储联合发电系统.针对性提出超级电容荷电状态二次反馈的混合储能控制策略.以系统年综合成本最小为优化目标,以本文新提出的结合人工鱼群算法的模拟退火算法为优化...     

Hierarchical energy management for PV/hydrogen/battery island DC microgrid

This research presents an optimum design scheme and a hierarchical energy management strategy for an island PV/hydrogen/battery hybrid DC microgrid (MG). In order to efficiently utilize this DC MG, the optimum structure and sizing scheme are designed by HOMER pro (Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources) software. The designed structure of hydrogen MG includes a PV generation, a battery as well as a hydrogen subsystem which composes a fuel cell (FC) system, an electrolyzer and hydrogen tank. To improve the robustness and economy of this DC MG, this study schedules a hierarchical energy management method, including the local control layer and the system control layer. In the local control layer, the subsystems in this DC MG are controlled based on their inherent operating characteristics. And the equivalent consumption minimization strategy (ECMS) is applied in the system control layer, the power flow between the battery and FC is allocated to minimum the fuel consumption. An island DC MG hardware-in-loop (HIL) Simulink platform is established by RT-LAB real-time simulator, and the simulation results are presented to validate the proposed energy management strategy.     

光伏电力混合储能系统的能量管理策略研究

文章提出了一种光伏电力混合储能系统的能量管理控制策略,主要应用于含有光伏电源(Photovoltaic,PV)、电池能量存储(Battery Energy Storage, BES)和交流负载的发电网络系统中。该策略能够充分利用电力系统中组合架构之间的连接关系,有效缓解了目前电网中BES系统存在的过充电、欠充电等问题,并将充放电电流控制在一个相对稳定的范围内,延长了电池的使用寿命。分别在含有传统铅酸和锂离子电池的混合能量系统中使用6 kVA电源转换器进行实验,结果证明了所提出的能量管理策略的正确性和有效性。     

基于线性自抗扰和变分模态分解的混合储能控制策略

风力发电具有随机性和波动性的特点,可通过引入储能技术减少其直接并网对电力系统造成的影响,因此基于超导磁储能和蓄电池储能系统之间的互补关系,提出一种基于线性自抗扰和变分模态分解的混合储能控制策略。针对传统混合储能变流器多变量、非线性及强耦合的特点,在装置层建立了混合储能系统的数学模型,基于跟踪微分器、线性扩张状态观测器及线性误差反馈律三部分,设计了混合储能系统的交、直流侧线性自抗扰控制器;其次,为了更加合理地平抑风电功率波动,避免经验模态分解时出现的模态混叠问题,在系统层提出了变分模态分解的功率分配方法;最后通过仿真验证了方法的可行性。     

储能电站作为系统辅助启动电源的建模研究

随着储能技术的发展和储能电站规模的不断增加,系统大停电后可考虑储能电站作为系统辅助启动电源以协助系统的恢复,考虑铅蓄电池、磷酸铁锂电池、全钒液流电池和钠硫电池为主要储能电站电池类型,根据蓄电池组放电功率和放电持续时间的幂次函数关系建立不同电池类型储能电站放电模型,储能电站放电模型和经济模型一起构成系统辅助启动电源模型,进而在系统辅助启动电源模型的基础上,以给定恢复时间内系统恢复的功率最大为目标函数,提出了考虑系统辅助启动电源的黑启动方案优化模型,并通过savnw23节点系统算例验证了储能电站作为系统辅助启动电源的可行性和黑启动方案优化模型的正确性。     

大型电池储能电站直流系统接地方式分析

鉴于选择合适的接地方式对大型电池储能电站的重要性,先利用电池储能电站直流侧三种接地方式,以极地故障分析为基础,比较了各种接地方式下故障电气量的特点,同时考虑了存在过渡电阻影响的故障特征;再从整个系统稳定运行的角度研究了交、直流侧之间接地方式的配合,分析了不同接地方式下系统稳态运行特点;最后提出了选择电池储能电站直流系统接地方式的一般性原则。通过在PSCAD/EMTDC平台上搭建仿真系统,仿真分析了电池储能电站直流系统的各种接地方式。     

一种基于超级电容器的光伏系统电压控制方法研究

根据超级电容器储能特点,建立了用于独立光伏发电的超级电容器储能系统模型,设计了超级电容器电压控制环节,提出了一种带有超级电容器电压模糊反馈的双环控制策略,通过对开环系统bode图的分析,论证了控制系统的稳定性和动态性能。仿真结果表明,在光伏发电系统受到光照及负载扰动的情况下,超级电容器储能系统可以有效地稳定光伏系统的输出电压,提高系统供电的可靠性和电能质量,并且抑制了超级电容器端电压大范围波动对该系统的影响,提高了超级电容器的利用率。     

基于风电消纳的多类型储能系统联合经济调度

为使电力系统尽可能提高风电接纳能力,建立了基于风电消纳的实时失调成本模型,考虑到安全性、环保性,分别构建了基于风电-火电调度总成本模型和基于风电-火电-联合储能系统调度总成本模型,并采用HS-PSO混合算法求解调度总成本模型。算例仿真结果表明,抽水蓄能电站、蓄电池和超级电容器混合储能系统在增加经济效益、提高风电接纳能力方面优势明显;同时验证了储能系统容量与弃风率的关系,为含风电并网运行的系统经济调度提供了依据。     

Inhibition of wind power fluctuations of battery energy storage system adaptive control strategy design

为了增加电池储能系统针对大规模风电并网对电网系统的友好性,降低风电功率波动对电网的不利影响,本文提出以电池荷电状态和风电功率为反馈量,改变平抑时间常数和电池储能系统充放电目标功率为目标的平抑风电功率波动的自适应控制策略。经仿真验证,上述策略能有效避免电池的荷电状态大幅波动,延长电池使用寿命,从而减小电池储能系统的安装容量,最大限度地发挥电池储能系统的作用。