燃料电池混合发电系统等效氢耗瞬时优化能量管理方法

为提高燃料电池混合发电系统效率和改善燃料经济性,提出一种基于双DC/DC拓扑结构的燃料电池混合发电系统等效氢耗瞬时优化能量管理方法。该方法根据等效氢耗理论,在单位控制周期内实时分配燃料电池和锂电池输出功率,使得系统在单位控制周期内等效氢耗最小,并通过将该瞬时等效氢耗优化问题转换为双向DC/DC变换器的最优输出功率求解问题,实现了该方法的工程应用。在搭建的由燃料电池、锂电池、单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器以及能量管理器等组成的混合发电系统测试平台上,利用轨道机车工况开展了多指标性能测试与对比分析。实验结果表明,与状态机控制策略相比,基于等效氢耗瞬时优化的能量管理方法能够有效提高等效氢耗利用率和系统效率,并降低了锂电池运行压力,有效改善了系统燃料经济性和使用寿命。     

基于运行模式和动态混合度的燃料电池混合动力有轨电车等效氢耗最小化能量管理方法研究

清洁环保的燃料电池混合动力有轨电车近年来受到极大关注,其高效的能量管理方法对混合动力系统性能起到至关重要的作用。传统等效氢耗最小化方法的荷电状态(state of charge,SOC)平衡系数通常采用恒定值,而有轨电车在大功率峰值需求和减速制动过程中,恒定的SOC平衡系数不能满足瞬时等效氢耗最小的指标要求,并且在未知有轨电车工况条件下最优SOC平衡系数无法确定。针对上述问题,建立基于燃料电池/锂电池的混合动力有轨电车动力系统模型,并通过分析SOC平衡系数与氢耗特性,提出一种基于运行模式和动态混合度的等效氢耗最小化能量管理控制方法。该方法通过划分有轨电车运行模式,分析不同运行模式下SOC平衡系数与瞬时氢耗的关系,在此基础上提出基于运行模式和动态混合度的等效氢耗瞬时优化方法。结合有轨电车典型工况,搭建RT-LAB实时仿真平台,开展有轨电车能量管理系统实时仿真,并与传统等效氢耗最小化方法进行对比分析。结果表明,所提出的能量管理方法能够根据有轨电车工况的实时变化而自动分配需求功率,并在不同初始SOC的情况下,满足等效氢耗量最小的性能指标要求,提高整车燃料经济性。     

混合动力船舶能量管理系统的最优控制

针对由发电机组和动力电池两种不同的电源组合而成的混合动力船舶供电系统,在功率需求给定的情况下,合理地分配两种电源的功率输出,使得混合动力船舶在整个航行周期内的总耗油量达到最小是能量管理系统需要解决的问题。采用一种动态规划的方法优化两种电源的功率输出比重,通过建立包含动力电池等效油耗的最小油耗量的目标函数得到柴油发电机的最优控制序列,从而计算出整个航行周期内柴油发电机的最小油耗值。仿真结果表明,与开关式控制策略相比,该方法能有效降低混合动力系统的油耗量。     

水下滑翔机原理样机设计与运动仿真

水下滑翔机是为了满足海洋环境监测和军事侦察的需要,研制出的一种新型无人水下航行器.它将浮标结构与水下机器人技术相结合,不装配推进器,仅依靠自身结构改变驱动浮力,沿锯齿型航迹航行.介绍了一种水下滑翔机原理样机的优化外形、内部调节机构和控制系统的设计,分析了样机的运动原理和实现途径;建立了样机的六自由度空间动力学模型,并通...     

计及最小使用成本及储能状态平衡的电-氢混合储能孤岛直流微电网能量管理

随着微电网技术的日渐发展,微电网中储能系统逐渐多元化,电储能及氢储能与微电网的运行控制产生紧密联系,如何经济地运行不同种类储能系统成为学者关注的焦点。提出一种基于最小使用成本及储能状态平衡的电–氢混合储能孤岛直流微电网能量管理方法,该方法在满足微电网基础指标即电压稳定、功率平衡的基础上,结合使用成本最小算法及等效氢耗最小算法,对使用电–氢混合储能消纳光伏产生的多余电能以及释放能量用于功率缺额等情景进行最小化储能系统使用成本及维持储能系统储能状态稳定的优化控制,通过对各系统的直–直变换器层控制以及顶层的协调控制确定各储能系统的工作状态,从而完成系统的能量管理。通过RT-LAB半实物系统开展实时仿真,在实际工况下进行72h运行,验证所提方法的有效性,保证系统在实际工作中的经济型及稳定性。     

水下航行器电池舱段温度场数值模拟

针对水下航行器电池舱段中电池组的发热问题,建立了电池舱段热量传递控制方程,利用ANSYS Workbench13.0软件仿真分析电池舱段温度场分布情况和电池舱段内部电池组模块温度随时间的变化关系。结果显示:水下航行器航速不会影响电池舱段温度场分布,单体电池放电电流和传热介质导热率是影响电池舱段温度场分布的主要因素。     

水下航行器非接触式电能传输技术研究

针对海流扰动及水下航行器定位精确度有限的问题,提出了一种适用于基站和水下航行器之间进行电能传输的电磁耦合器—环型铁氧体磁芯式电磁耦合器。应用有限元方法分析系统的磁场分布,计算间隙变化下电磁耦合器漏感和励磁电感。建立了含有补偿电容的电磁耦合器等效电路,进一步分析海流扰动下系统的电压增益和效率。应用理论模型对电磁耦合器性能进行分析,分析结果表明,环形电磁耦合器具有稳定的电压增益及效率。制作微缩模型进行试验,试验结果表明,该耦合器适用于水下航行器的非接触式电能传输。     

氢燃料电池有轨电车混合储能系统的节能运行优化

针对燃料电池/超级电容/锂电池混合储能有轨电车能量管理中存在的等效能耗受负载随机性影响较大,无法保证全局功率分配最优的问题,同时为进一步提升燃料经济性,提出一种基于外部能耗的运行优化策略.首先,将负载能量需求分为内部能源燃料电池的实时燃料消耗和外部电源锂电池/超级电容的电能消耗两部分;其次,旨在通过将等效能耗最小化策略...     

计及飞行任务与能耗分析的航空燃料电池推进系统能量管理策略EI北大核心CSCD

为改善航空燃料电池推进系统的燃料消耗情况并提升系统运行效率,该文提出一种考虑多飞行任务模式与外部最大能耗的综合能量管理方法。在优化常规极小值原理策略的基础上,针对飞行器飞行工况的变化率进行区间划分,改变系统目标函数系数。采用最大外部能耗算法求解超级电容的充放电电压与母线电压的偏差量来实时调整哈密顿函数中的协态变量。最后,通过求解目标函数来控制燃料电池系统的输出功率。基于实时仿真硬件在环测试平台的验证结果表明,所提算法相对于传统的等效氢耗和庞特里亚金最小值原理算法,分别将系统等效氢耗降低了4.6%和3.2%,将系统的平均运行效率提升了10.3%和5.5%,在减少燃料电池系统所承受的应力同时,提升了系统输出的稳定性。     

某型AUV对转电机子群协同多目标粒子群优化

某型自主水下航行器(AUV)需要一种高效、小质量的对转电机,同时要求电机在尾段密闭条件下可长时间航行。针对这一问题,从电机计算模型和多目标优化算法两方面,提出基于电磁一热耦合模型和子群协同的多目标粒子群帕累托最优(MOPSO)设计方法。该模型使用气隙磁场解析法进行电磁计算,使用等效热网络法计算电磁一热耦合情况下的电机温升。利用计算流体力学(CFD)方法计算旋转部件及航行器壳体的对流换热系数,以解决对流等效热阻计算不准确的问题。最后以效率和质量为优化目标,电机温升和几何条件及磁路磁密为约束条件,使用改进的MOPSO方法进行优化,并将优化结果与NSGA-Ⅱ算法优化结果进行比较,结果表明该方法能够获得更接近于真实帕累托前沿的解集,且解集分布性良好。制作样机后进行试验,功率、转速、效率、质量等指标均满足要求,且尾段密闭条件下5h负载温升符合要求。