基于失效机理的超级电容加速退化研究

超级电容寿命的研究一直都存有争议,影响因素分析不清,实验应力等级设计无依据等.通过分析超级电容结构、工作原理和失效机理,得出超级电容寿命影响因素有温度、充放电电压、循环次数,且相互影响.通过理论分析得出超级电容寿命加速方程有5个待解参数,退化模型至少需要6个应力等级.通过分析超级电容性能退化轨迹,得出其参数需不等间隔测量,前期测试次数多,后期测试次数少.最后通过实验,验证了模型的有效性,为超级电容加速退化实验提供了指导.     

基于加速时间预测的现代有轨电车储能系统能量管理与容量配置优化研究

电池寿命过短和配置空间有限是现代有轨电车储能系统应用存在的重要问题,给其能量管理策略和容量配置方法的设计带来了挑战。该文首先对影响电池寿命的因素进行了分析,建立了寿命估计模型。针对电池与超级电容混合储能系统,提出了基于加速时间预测的能量管理策略:根据车辆加速时间计算超级电容的实际可用功率,进而决定电池和电容的功率分配。该策略基于有轨电车运行周期性确定加速时间预测窗口,并充分考虑超级电容放电时间。仿真和实验验证了该策略具有充分利用超级电容能量和减弱电池寿命衰减的良好效果。同时,分别基于基本阈值策略和加速时间预测控制策略进行优化容量配置,分析不同控制策略对容量配置结果的影响。结果表明该文的策略通过降低超级电容的配置要求以及延长电池寿命实现了全寿命周期成本的降低。     

基于Mogrifier LSTM-SVR的超级电容寿命预测

超级电容是储能系统中常用的储能元件，为了解决在对其使用寿命预测时，影响因子考虑不全面，预测精度不高的问题，提出基于支持向量机回归算法与改进的长短期记忆网络算法(Mogrifier LSTM-SVR)相结合的超级电容的使用寿命预测模型。通过引入温度、电压和电流三种超级电容寿命影响因子，建立更贴近实际的超级电容寿命模型，选取剩余容量作为特征参数。构建Mogrifier LSTM网络，在传统的LSTM中增加Mogrifier门机制，并利用支持向量机回归(SVR)对Mogrifier LSTM网络预测误差回归预测，修正误差。通过仿真实验和模型的预测结果对比分析表明，Mogrifier LSTM-SVR对超级电容寿命预测的准确性更高，误差波动量级更小。     

超级电容剩余容量估计研究

超级电容高功率密度、快速充放电性能可满足电机瞬时功率需求,为混合动力汽车提供稳定的电源供给。剩余容量是判断超级电容在混合动力汽车中使用年限的关键,提出了超级电容剩余容量估计方法。研究了超级电容等效电路,分析等效电路参数,推导开路电压和参数间关系,计算超级电容荷电状态,获得混合动力汽车用超级电容荷电状态的可控范围。构建75%荷电状态变化模型,求得容量退化因子系数,通过平方积分法得到超级电容容量退化因子,由此估算超级电容剩余容量。实验验证了该方法能有效计算超级电容的容量退化因子和剩余容量。剩余容量估计方法的提出为超级电容的使用寿命提供了判断依据。     

有轨电车超级电容储能电源系统的寿命评估

根据自主研发的广州海珠线储能式有轨电车储能电源的性能参数和散热结构,模拟了储能电源的温度分布场,分析了在该温度场下超级电容的使用寿命。根据超级电容寿命理论预测公式,结合海珠线储能电源中超级电容模组容量和内阻的变化曲线,推导出了储能电源中超级电容使用的平均寿命,评估了海珠线储能电源的寿命。     

基于储能和序分量控制的直驱永磁风电系统 非对称故障穿越研究

为避免电网非对称故障时直驱永磁风电机组发生脱网事故,分析了电网电压不对称跌落时机、网侧能量不平衡引起直流链电容电压骤升的机理,提出了一种并联超级电容储能与序分量协调控制策略。考虑了电网非对称故障时电压的跌落程度、传动系统的储能限度和变流器的约束条件,通过对机、网侧变流器进行双闭环控制,实现快速平衡母线有功功率,同时补偿无功以改善电网电压。根据超级电容器寿命等影响因素选取电容容量,采用DC-DC变换器对超级电容的储能模式进行控制,限制故障阶段直流链支撑电容的电压。仿真结果表明了控制策略的有效性,提高了直驱永磁风电系统非对称故障的穿越能力和运行稳定性。     

一种新型低损耗超级电容器均压策略

大规模串联超级电容器组中电容单体电压不均是影响超级电容储能技术发展的一个重要因素,实现超级电容串联时电压均衡是有效提高电容容量利用率,使用寿命,提高储能系统的可靠性。讨论了目前超级电容器均压的一般方法,并且提出了一种均压的新思路,同时省略了复杂的检测电路,从而减小了均压电路的复杂性,且详尽的分析了均压电路的工作原理,并且通过仿真验证了方法的可行性。     

基于模糊逻辑的电动汽车双源混合储能系统能量管理策略

针对电动汽车行驶过程中电池放电电流过大导致的电池容量衰减问题,构建了由锂离子动力电池、超级电容和多端口DC/DC变换器构成的全主动式混合储能系统,其中电流环控制器和电压环控制器分别控制输出电流和直流母线电压。结合超级电容SOC、整车需求功率和车速情况,根据建立的45条模糊控制规则,模糊逻辑控制器调节锂离子动力电池和超级电容的充放电功率,在车辆峰值功率需求较高时避免了高频电流波动对动力电池寿命的影响。同时在功率需求较低时,动力电池给超级电容充电。在HWFET工况下的实验结果表明所提出的全主动式双能量源混合储能系统和基于模糊逻辑的能量管理策略能够有效保护锂离子动力电池免受大电流波动影响,从而达到延长电池寿命的作用。     

基于神经网络的高压钠灯电压波动预测方法的研究

电压波动是影响电光源寿命的一个重要因素。在使用高压钠灯作为照明光源的节能电路中,基于高压钠灯传递函数具有惯性特性,可以对电压波动进行预测。电压预测就是根据以前几个时刻的电压波动值来预测未来的电压波动值。本文采用BP神经网络对电压进行预测,使得调压控制有了提前量,既能减少电压波动对灯具寿命的影响,又达到节能目标。计算机仿真表明,文中的模型及方法有效。     

次序耦合阵列磁集成正激变换器超级电容均压

针对超级电容串联应用中的问题,介绍了一种首尾次序耦合阵列磁集成正激变换器的超级电容均压电路;分析了电路均压原理和均压影响因素,该均压电路利用变换器次级绕组的次序耦合,实现超级电容单体的电压均衡;利用次序耦合绕组减小了由于变压器单元漏感误差而导致的超级电容单体电压不平衡;给出了变换器占空比与变压器单元绕组匝数关系,同时给出了变压器设计方法;通过电路仿真给出了抑制绕组电压尖峰的方法;仿真与实验结果验证了理论分析的正确性,证明了该均衡电路具有优良的均压性能。     

基于无迹粒子滤波的功率变换器剩余寿命预测方法

针对功率变换器难以准确建立表征其性能退化过程的物理模型,提出一种基于无迹粒子滤波的方法实现其剩余寿命预测。首先,通过分析电路关键元器件退化对电路性能的影响,选取输出电压均值作为寿命表征参数;其次,依据电路性能退化历史数据,采用无迹粒子滤波进行故障趋势建模;最后,逐步递推预测寿命特征参数值并结合电路失效阈值从而实现功率变换器剩余寿命预测。以闭环SEPIC电路为例,分析了建模数据规模对预测性能的影响,并与卡尔曼滤波方法进行对比分析,其结果验证了所提方法的有效性及准确性。     

基于模糊推理的城轨超级电容电压阈值动态设定

以超级电容储能系统电压阈值为研究对象,对比、分析了不同电压阈值充放电控制策略。在此基础上分析了城轨交通的双边超级电容储能系统的电压阈值问题,并提出基于模糊推理的城轨超级电容电压阈值动态设定方法,动态地设定充放电电压阈值。最后通过仿真实验,验证了基于模糊推理的城轨超级电容电压阈值设定可行性。     

一种快速低损耗超级电容均压策略的研究

串联超级电容器组的电容电压不平衡是阻碍超级电容器储能应用发展的一个重要因素,而实现串联超级电容器组的电压均衡可以延长其使用寿命、增加储存能量、提高储能系统的可靠性.讨论并比较了现存的各种均压方法,鉴于它们的不足之处,提出一种以逆变器转移超级电容能量的电压均衡方法,介绍了该方法的工作原理,并通过仿真和实验分析了它的优缺点.     

一种新型超级电容模组充电电源设计

本文设计实现了一种新型超级电容模组充电电源及其控制方法,其功能包含两个方面:(1)针对目前各种超级电容模组对充电电压,充电电流的不同需求问题,采用先恒流后恒压的方式对超级电容模组进行充电,且充电电流和充电电压可调节;(2)该充电电源及其控制方法可以提供对超级电容的热保护,在充电过程中通过温度传感器监测超级电容模组的绝对温度和温升情况,如果超级电容模组的绝对温度过高或温升过高,就会自动关断充电过程。     

基于模糊规则的地面式储能系统自适应PID控制

城市轨道交通地面式储能系统采用电压环串电流环的结构,根据直流网电压来控制其充放电。此处对地面式超级电容储能系统DC/DC变换器电压外环控制动态响应速度和稳定性进行了优化研究,利用传递函数分析了牵引网电压、超级电容电压和电感电流变化对电压环电流环性能的影响,结果表明超级电容电压、牵引网电压共同影响充电电压环动态响应速度;其次考虑电压环引入滞环判断,分析由于滞环带来的非线性特性对充电电压环稳定性的影响,结果表明滞环在一定条件下会对充电电压环的稳定性造成影响;在所分析的问题基础上,提出了充电电压环模糊自适应比例积分微分(PID)控制策略,改善了充电电压环动态响应速度和稳定性。     

含多分布式超级电容的直流微电网功率平滑协调控制方法

为应对直流微电网内大功率扰动,提出一种应用分布式超级电容提升直流微电网等效惯量、实现暂态功率平滑的协调控制方法.该方法就地测量直流母线电压与超级电容电压,使超级电容电压快速跟踪直流母线电压,实现超级电容的功率平滑与电容电压控制功能.当多个超级电容接入系统时,通过对分布式超级电容的电压标幺参考值的设计,将系统所需的等效惯量按照各超级电容所能提供的最大惯量比进行合理分配.最后基于PSCAD/EMTDC搭建了直流微电网仿真算例验证所提出的控制方法,结果表明该方法可以提升系统惯量,实现多分布式储能的协调控制.     

超级电容器老化特征与寿命测试研究展望

超级电容器在大规模储能领域有广泛的应用前景。因其单体电压较低,在大规模储能中需要大量串并联组合工作,若其中某节单体失效,将迅速导致模块甚至全储能系统无法正常工作,因此超级电容器的寿命老化研究具有极其重要的意义。综述了超级电容器的老化特征,阐释了影响其寿命衰减的因素,比较了超级电容器寿命测试的特点和适用范围,试验验证了老化因素中工作温度因素对超级电容器特征参数的作用,并基于超级电容器现有寿命老化研究的不足进一步探究原因,通过对老化特征与寿命测试的研究现状分析,展望了超级电容器寿命老化研究的未来发展趋势。     

可调度光伏电站中混合储能容量的优化配置

目前的光伏电站多不经调度控制直接并网,但随着光伏发电渗透率的增加,不可控的光伏电站并入电网终将影响电网运行。提出在光伏系统中加入电池和超级电容的混合储能系统,使并网光伏电站可调度,并解决了单一储能方式无法兼顾快速性和持久性的功率需求问题。采用超级电容的电压控制策略,实现了电池和超级电容的功率交换,有效减少了电池的充放电循环次数,提高了电池使用寿命。利用HOMER软件,采用统计学方法,实现了在并网光伏电站可调度下的容量优化配置,使系统总成本最低。通过某地区实例,仿真验证了方法的正确性,并对光照强度和电池寿命进行了敏感性分析。     

基于串并联切换的超级电容充电法

超级电容是一种新型储能元件,但由于其单体额定电压较低,故需要串联使用。为解决在串联使用中会出现电压不均衡的问题,提出了一种利用两组N沟道MOS管作为开关的串并联切换电路,让超级电容在并联条件下充电,在串联条件下放电,从而有效地避免了因串联充电电压不均衡导致的电容击穿现象。实验结果表明:在未使用串并联切换充电法情况下,超级电容的充电电压不均衡度达到14.19%,而使用串并联切换充电法后仅为0.22%;在放电能量上,可提升约13.18%。     

基于超级电容储能的动态电压恢复器试验研究

为了避免电压暂降对敏感负荷造成不利影响,可采用基于超级电容储能的动态电压恢复器(DVR),超级电容储能兼具了电容与电池的优势。为了提高电压暂降补偿速度,提出了基于求导法的虚拟d,q轴闭环控制结合交流电压前馈的控制策略。为了验证控制策略的正确性,搭建了包含电网低电压发生设备、DVR和模拟负荷的电压暂降试验系统,基于该试验系统进行了跌落发生和补偿试验。试验结果表明基于超级电容储能的DVR能够实现快速电压补偿,验证了控制策略的正确性。