牵引供电系统光储接入方案及其控制策略

为了实现光伏发电在牵引供电系统中的有效利用,提出了一种基于铁路功率调节器的牵引供电系统光储接 入方案及其控制策略.介绍了系统拓扑结构并分析其工作原理,根据分区所两供电臂负荷情况划分多种运行模式和运 行工况,不仅可以实现再生制动能量的利用、负荷削峰填谷以及光伏发电的消纳,同时能够有效调节供电臂末端网 压.仿真结果证明了所提方案及其控制策略的正确性和有效性.     

一种基于直流微网技术的新型地铁能量回馈系统

针对地铁传统能馈系统中刹车回馈能量损失较大的问题,提出了一种新型地铁能量回馈系统及其控制与能量管理策略.首先,所提出的新型能馈系统相比传统方案,通过引入超级电容与UPS电池构建混合储能,实现了列车刹车回馈能量的全部吸收,减小了牵引网侧直流母线电压波动和牵引变电站的功率峰值要求,同时充分整合站内浮充UPS资源,降低储能设备成本.随后,分析了系统源荷储在理想状态下的功率分配,并基于直流母线电压信号的下垂控制,提出一种可实现电池SOC复位的改进下垂控制方案,有效控制了牵引直流母线电压并合理分配了功率.并通过对电池SOC的闭环控制,在保证UPS应急功能正常工作下,充分发挥了电池的功率平滑优势.仿真和实验验证了所提出新型地铁能馈系统的可行性与有效性.     

电气化铁路再生制动能量利用系统保护方案研究

再生制动能量利用系统在实现电气化铁路再生能量回收利用、节能减碳中发挥着重要作用。然而，基于潮流控制技术的再生制动能量利用系统将改变牵引供电系统原始功率潮流，其故障保护对保障电气化铁路的运行安全至关重要。为此，该文针对电气化铁路再生制动利用系统的故障保护方案开展研究。首先，根据再生制动能量利用系统的运行原理分析系统接入对牵引供电系统既有保护的影响。然后，结合影响分析结果提出基于“故障导向安全”原则的再生制动能量利用系统保护方案。该方案对不同类型系统故障制定分级保护策略，在此基础上通过系统自保护与牵引供电系统既有保护的协同配合保障再生制动能量利用系统的运行安全。最后，选取牵引变电所和分区所2种典型应用案例对所提保护方案进行验证。结果表明，所提保护方案能够实现再生制动能量利用系统在不同应用案例中的有效保护，保障了再生制动能量的安全利用。     

枢纽型牵引变电所再生制动能量利用系统能量管理及控制策略

针对电气化铁路枢纽型牵引变电所再生制动频繁、再生能量大且利用率低等问题,结合枢纽型牵引变电所的负荷特性,研究能量回馈与储能结合的再生制动能量利用系统能量管理及控制策略.首先,研究枢纽型牵引变电所再生制动能量利用系统的拓扑结构,分析其运行原理,并基于系统各部分间的能量供需关系,以最大化利用再生制动能量为目标,制定再生制动能量的管理策略.在此基础上,将系统运行工况划分为四种运行模式,并分析典型工况的能量流动情况.然后,提出考虑动态功率分配的分层控制策略.最后,通过仿真分析证明了该文所提再生制动能量利用系统能量管理及控制策略的正确性和有效性.结果表明,提出的能量管理及控制策略能有效协调控制再生制动能量按需转移、回馈、存储和释放,可实现枢纽型牵引变电所再生制动能量的高效利用.     

基于铁路功率调节器的高速铁路牵引供电 系统储能方案及控制策略

针对高速铁路牵引供电系统中大量再生制动能量不能得到有效利用的问题,提出一种基于铁路功率调节器(RPC)的牵引供电系统储能方案及其控制方法。首先,研究牵引供电系统储能方案的拓扑结构,分析四种典型工况下系统的能量传输特性;接着,分析RPC动态补偿电能质量的基本原理,并提出一种计及储能装置的RPC控制策略;然后,研究基于电流闭环的储能装置控制策略;最后,通过仿真算例证明本文所提出储能方案和RPC控制策略的正确性和可行性。结果表明,所采用的储能方案能有效回收利用高速铁路牵引供电系统产生的再生能量,所提出的RPC控制策略能更好地解决储能装置接入牵引供电系统后的负序和谐波电流补偿问题。     

基于旁路直流回路的城轨交通再生制动能量调度研究

城轨交通已成为城市耗能大户,提升列车再生制动能量的利用率对降低牵引能耗具有重要的意义.该文在分析接触网阻抗影响列车间再生制动能量传输机理的基础上,提出一种基于旁路直流回路的城轨交通再生制动能量管理与利用新思路,建立了一种基于电力电子变换器的旁路直流回路拓扑及其控制策略,并采用情景分析法开展了可行性及有效性验证.案例研究结果表明,提出的旁路直流回路拓扑及控制策略是可行的,可实现再生制动能量利用率约10％的有效提升;与地面储能系统的集成,可减少储能装置充放电次数和充放电深度,延长储能装置的使用周期与寿命.研究成果可为城轨交通再生制动能量管理与利用提供参考.     

高速铁路再生制动能量储存与利用技术研究

随着我国高速铁路的快速发展,牵引供电系统能耗高、再生制动能量利用率低等问题日益突出。为实现高速铁路的节能降耗,该文结合实测数据分析枢纽牵引变电所、长大坡道/重载线路以及铁路10k V配电所的负荷特性。针对不同牵引变电所负荷特性的差异,提出储能型和储能(10)能量回馈型2种再生制动能量利用方案,并制定相应的能量管理策略及控制方法。对所提方案进行节能效果和经济性分析,分析结果表明提出的方案能有效提高再生制动能量利用率,且具有明显的节能效果和经济性。最后,通过实验验证所提方案能量管理策略及控制方法的正确性和可行性。     

基于混合储能技术的光储式充电站直流微网系统协调控制

基于混合储能的电动汽车充电站直流微网协调控制技术的研究对于维持直流微网母线电压的稳定、提高微网系统的经济效益都具有重要意义。提出了以飞轮和蓄电池混合储能作为光储充电站直流微网系统的储能形式,其中飞轮用于平滑高频功率波动和部分低频功率,蓄电池用于平衡基准功率以维持母线电压平滑稳定。并设计了直流母线5层电压(分层)协调控制策略,实现了微网系统中光伏发电、电动汽车充放电、负荷功率需求的协调控制。针对孤岛运行和并网运行中的5种不同工况,在Matlab/Simulink软件平台上对所提出的控制策略进行了仿真分析。仿真结果表明,在所有工况下,所提控制策略都能使直流母线电压在不同电压层间有效切换,维持光储充电站直流微网系统的直流母线电压平衡,实现了整个系统的灵活、可靠运行,因此该控制策略具有可行性和有效性。     

一种基于储能系统的混合铁路功率调节器及其控制策略

为充分利用交直交型电力机车产生的再生制动能量,提高V/v牵引供电系统的电能质量,并提高其经济性,提出一种基于储能系统的混合铁路功率调节器(ESS-HRPC).储能装置通过双向DC-DC变换器与铁路功率调节器(RPC)的直流侧相连接,以回收利用多余的再生制动能量.一组晶闸管投切电容器(TSC)和一组晶闸管控制电抗器(TCR)用于辅助RPC提供无功功率,以降低负序电流补偿的成本.首先,分析ESS-HRPC的结构组成和工作原理,研究TCR、TSC和RPC的装置容量配置,推导系统电压、电流和功率关系;然后,设计ESS-HRPC各部分的给定参考信号和控制策略;最后,通过三种系统工况仿真验证所提ESS-HRPC及其控制策略的可行性和有效性.     

含V2G的直流微网电压分层控制策略

针对直流微网储能昂贵、控制单一、稳定性较差的问题,提出了一种含电动汽车电网互动技术(vehicleto-grid,V2G)的直流微网电压分层控制策略。在现有基于直流母线电压信号(DC-Bus signal,DBS)控制方法的基础上,引入V2G技术代替部分静止储能,提高系统稳定性和经济性;优化储能控制,依照并离网的不同情况对混合储能单元提出不同的控制方法。在微网运行工况发生变化的情况下,系统各变流器依据母线电压区间平滑切换运行状态,维持微网功率平衡,平抑母线电压波动,提高直流微网整体稳定性。在MATLAB-Simulink中搭建了直流微网的仿真模型,在不同运行情况下进行仿真分析,仿真结果验证了所提电压分层控制策略的有效性。     

A hierarchical coordinated control strategy based on multi-port energy router of urban rail transit

The multi-port energy router (ER) is an effective topology for integrating train traction load, AC load, the energy storage system and photovoltaic(PV) energy. The start and stop process of urban rail transit trains and the access of distributed energy sources to rail transit ER lead to serious fluctuations of DC bus power, so it is necessary to route energy between different ports, involving multi-operating modes, while seamless switching is a major challenge. In this paper, a hierarchical coordinated control strategy is proposed to enable the multi-port ER to operate in a coordinated fashion under the conditions of train parking, acceleration, constant power driving and deceleration, and to switch seamlessly under various working conditions. The energy central dispatching layer sends working condition instructions by sampling the state information of each port, while the microgrid control layer adopts centralized control, receiving upper working condition instructions and sending drive signals to the local control layers to maintain the balanced energy flow of each port. In the local control layers, the PV adopts the improved perturbation and observation method of power control (PC-P&O), while the ES system adopts voltage loop control with an SOC influence factor, voltage loop control with switching factor and power loop control according to the different working conditions, so as to transmit the required train load power accurately and maintain the stability of the DC bus voltage. Finally, the effectiveness of the proposed hierarchical coordination control is verified by MATLAB/Simulink simulations.     

A hierarchical coordinated control strategy based on multi-port energy router of urban rail transit

The multi-port energy router (ER) is an effective topology for integrating train traction load, AC load, the energy storage system and photovoltaic(PV) energy. The start and stop process of urban rail transit trains and the access of distributed energy sources to rail transit ER lead to serious fluctuations of DC bus power, so it is necessary to route energy between different ports, involving multi-operating modes, while seamless switching is a major challenge. In this paper, a hierarchical coordinated control strategy is proposed to enable the multi-port ER to operate in a coordinated fashion under the conditions of train parking, acceleration, constant power driving and deceleration, and to switch seamlessly under various working conditions. The energy central dispatching layer sends working condition instructions by sampling the state information of each port, while the microgrid control layer adopts centralized control, receiving upper working condition instructions and sending drive signals to the local control layers to maintain the balanced energy flow of each port. In the local control layers, the PV adopts the improved perturbation and observation method of power control (PC-P&O), while the ES system adopts voltage loop control with an SOC influence factor, voltage loop control with switching factor and power loop control according to the different working conditions, so as to transmit the required train load power accurately and maintain the stability of the DC bus voltage. Finally, the effectiveness of the proposed hierarchical coordination control is verified by MATLAB/Simulink simulations.     

直流船舶综合电力系统中混合储能的精确功率分配策略研究

直流船舶综合电力系统是未来船舶的重要发展趋势,可实现全船能源的集中控制和管理。确保船载直流微电网中各分布式电源间的精确功率分配以及母线电压稳定是维持系统安全、经济运行的先决条件。因此,提出一种基于二次规划算法的精确功率分配方法,该方法充分考虑混合储能系统中不同储能介质的额定容量、荷电状态、爬坡速率以及充放电效率的差异,旨在保证系统稳定性的前提下,实现调压成本最小化。具体而言,其通过直流母线电压波动值确定目标功率,采用二次规划算法将目标功率值在混合储能间进行合理分配,从而以最小成本维持母线电压在允许范围内。最后,通过两个实时仿真研究案例验证了所提控制方法的有效性。     

基于直流微电网的混合储能协调控制策略仿真研究

针对直流微电网中光伏发电单元出力的波动性和间歇性造成系统内部功率不平衡的问题,混合储能系统可以同时发挥蓄电池高能量密度和超级电容高功率密度的优势,根据直流母线电压进行混合储能单元间的协调控制策略。该策略将直流母线电压进行分层控制,采用四个电压阈值共分成五个控制区域,以直流母线电压为信息载体,决定储能系统的运行状态,实现对混合储能单元的充电、放电模式间自主切换。电压分层控制有效地避免了蓄电池由于电压波动而频繁进行充放电切换,从而延长了电池的使用寿命。最后,MATLAB/Simulink的仿真结果验证了所提控制策略的可行性。     

直流微网DC/DC变换器的虚拟直流电机控制策略研究

直流微网是小惯性系统,负荷频繁投切和新能源出力波动等因素都会影响母线电压的稳定。在直流微网系统中,往往通过储能单元维持系统功率平衡和母线电压稳定。针对储能端口双向DC/DC变换器,提出一种简化的虚拟直流电机控制方法,以增强系统的惯性和阻尼;建立虚拟直流电机控制的小信号模型,分析控制策略的稳定性和动态特性;对于动态响应初期母线电压的冲击性变化,提出输出电流前馈的小信号模型补偿方法,进一步平滑母线电压的动态过程;最后通过仿真分析验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

一种微网群架构及其自主协调控制策略

微网群作为多个交、直流子网的互联系统,其组成结构的复杂性增加了微网群的功率协调控制难度。提出一种微网群架构及其自主协调控制策略,该架构主要包括交、直流子网,功率交换单元(PEU)和能量池(EP)。PEU主要用于协调微网群内各子网与EP进行功率交换,使得各子网实现能量互济,并维持各子网母线电压及频率的稳定;EP主要用于维持EP直流侧母线电压的稳定运行,并实现对PEU所需交换净功率的合理分配。针对PEU和EP分别提出基于自适应功率交换系数的功率协调控制方法和分层协调控制方法,有效地实现了微网群的自主协调控制。仿真与实验结果都证明了所提微网群架构及其自主协调控制策略的有效性。     

基于AC-DC-AC的异步电机系统积分反步和滑模控制

为了实现基于AC-DC-AC的异步电机系统四象限运行、能量双向流动、网侧单位功率因数、直流母线电压可控,采用了积分反步与滑模控制。当负载转矩较大范围变化时,直流母线电压发生较大的波动,网侧子系统电流内环采用电容电流控制,直流母线电压快速恢复恒定。针对起动时电压超调问题,提出电压软给定的方法,抑制了较大超调。针对负载转矩未知,采用滑模观测器。仿真结果表明,该方案下的系统性能较好。     

一种应用于直流微电网并网变换器的双电流反馈控制策略

针对弱电网时谐振频率发生变化导致LCL型并网变换器稳定裕度降低的问题,提出一种应用于直流微电网并网变换器的双电流反馈控制策略.根据变换器交直流两侧功率守恒以及传统下垂控制方程,建立直流母线电压与变换器侧电流的二次函数关系,简化直流母线电压控制方式,减少控制器参数设计;在变换器侧电流反馈控制内环加入并网电流反馈有源阻尼,分析其阻尼等效特性,提高弱电网下的谐振抑制效果.仿真与实验结果表明该控制策略能够实现直流侧母线电压的稳定控制以及交流侧并网电流的谐波优化.     

含超级电容混合储能系统直流微电网功率分配策略

针对直流微电网中微电源功率输出不稳定以及负荷波动导致直流母线电压偏移问题,提出一种含超级电容和蓄电池的混合储能系统充放电控制策略。该控制策略将储能系统分为5种工作模式,控制系统根据直流母线电压值选择混合储能系统的工作模式,实现蓄电池与超级电容在充电、放电及空闲模式间自由切换,从而维持直流母线电压稳定。通过Matlab/Simulink软件搭建系统模型,仿真结果表明,采用该控制策略可使直流母线电压保持在电压偏移允许范围内。     

基于超级电容的双向DC-DC变换器控制研究

针对轨道交通1 500 V系统再生制动能量利用,研究了基于超级电容储能的输入串联多相并联双向DCDC变换器的控制及其系统能量管理策略。采用输入串联、多支路并联的拓扑结构降低了功率器件电压应力和电流应力及减小了无源滤波器件的体积,同时降低了1 500 V系统对储能元件超级电容的耐压及模组均压控制的要求,使得系统的可靠性更高。针对该拓扑结构的特点,结合工程实际应用,考虑超级电容容值参数差异性及大内阻的特点,以超级电容的能量利用最大化为优化目标,对其充放电过程中超级电容电荷状态误判及系统输入输出侧均压控制策略进行了优化设计。最后通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。