单轴储能及姿态控制一体化系统研究

给出了一种应用于卫星的单轴能量存储及姿态控制一体化系统。在同一轴上安装两个反向旋转的飞轮,通过预定的算法,控制两个飞轮的角加速度,可以在日阳期、日阴期及其过渡过程分别实现能量的储存和释放,并且在这些过程中保持卫星的姿态不变或按要求实现姿态机动。根据实验对系统进行了适当的简化,推导出了其数学模型,给出了相应的控制算法,并进行了在储、放能的同时实现姿态控制过程的试验。初步试验表明,在储能过程中,轴系控制精度优于3°;在放能过程中,轴系控制精度优于1.2′,换算到百公斤量级卫星的姿态角波动量分别为3.6′和1.5″。结果表明:在消除一些不对称因素(如两个电机结构差异)后,此方法在卫星或其它空间飞行器中同时完成能量交换和姿态控制是可行的。

储能辅助机组AGC调频一体化协调控制系统方案研究

近年来我国电力领域清洁能源发展迅猛,国内电网电源结构发生了巨大变化,对火力发电机组灵活性要求逐步提高。储能参与常规火力发电机组AGC辅助调频,可以提高发电机组辅助服务水平、增强电网调频能力、增加电厂收益。以西北某电厂储能辅助火电机组AGC调频项目为例,提出了储能辅助机组AGC调频的一体化协调控制系统方案,该系统通过与火电机组多个系统的协调控制,实现对储能辅助火电机组AGC调频系统的集中协调、快速功率控制,从而改善火电机组AGC调节能力,提升发电机组综合调频性能指标K值,提升发电机组AGC调频性能和市场竞争性,以期给类似工程提供参考。

基于谐波分解的光储一体化变流器控制策略及储能容量选取方法

传统光储一体化变流器控制策略中通常认为电网电压质量较好,忽略电网电压谐波分量的干扰,难以满足工程实际要求。此外,由于光伏发电出力具有间歇性和随机性,在多时间尺度下其输出功率呈现严重的多峰值非线性特性。如何选取合适的光储一体化储能系统容量,并与光伏出力特性相匹配,对平抑光伏出力波动和系统电压及频率的稳定具有重大意义。针对上述问题,对电网电压谐波进行了分类,在充分考虑电网电压谐波分量影响的前提下,提出了基于谐波分解法的光储一体化变流器改进控制策略,同时给出了一种应用于光储一体化变流器系统中储能容量选择的方法。通过搭建基于Simulink的仿真模型,验证了本文所提控制方法和储能容量选取方法的有效性和正确性。

空间多体系统轨道姿态及机械臂一体化控制

针对在轨服务等新型任务对航天器快速机动能力的大幅提高,研究了卫星基座和机械臂构成的空间多体系统的轨道、姿态和机械臂的一体化控制设计问题。首先,建立了空间多体系统的动力学模型;然后,基于退步控制思想,设计了卫星基座、姿态与机械臂一体化控制器,并证明了系统的稳定性,由于利用了空间多体系统的所有自由度,相比传统的基座停控或只控制基座姿态而轨道停轨的方法,极大地提高了系统的适应能力,可同时实现空间大范围的轨道转移、姿态机动,同时利用机械臂对目标进行精确操作控制。通过建立完整的空间多体系统仿真模型,对控制器进行仿真,达到了同时进行轨道、姿态及机械臂末端机动的控制目的,并验证了所提方法的有效性。

采用变速控制力矩陀螺的一种姿态/能量一体化控制研究

本文研究采用变速控制力矩陀螺 (VSCMG)的航天器姿态 /能量一体化控制技术。首先建立了以变速控制力矩陀螺为执行机构的航天器姿态动力学模型 ,并给出了全局稳定的姿态反馈控制律。以控制力矩陀螺群的构型奇异量度为依据 ,分别考虑了 VSCMG的控制力矩陀螺 (CMG)工作模式和反作用飞轮 (RW)工作模式。在陀螺群接近奇异时启用转子的反作用飞轮工作模式来补偿控制力矩陀螺采用鲁棒伪逆操纵律时所引起的力矩误差 ;在陀螺群远离奇异状态时 ,用控制力矩陀螺来补偿转子储能带来的干扰力矩。在姿态控制的同时利用转子的变速特性 ,完成按照给定的功率存储 /释放能量 ,并在陀螺群远离奇异状态时对储能过程中转子的转速进行调节 ,以保持良好的动量包络外形。最后以某航天器的姿态控制为例 。

空间相机隔振与姿态控制一体化设计

为了解决星上微振动导致高分辨率遥感卫星图像质量下降的问题,研究了空间相机隔振措施及其带来的异位控制问题,提出了同时采取相机隔振与控制规律修改措施的一体化设计方法,实现了隔振性能与姿态控制性能兼备的系统方案。对算例的研究结果表明,采用相机隔振-姿态控制一体化设计方法可以在保证姿态控制性能的同时大幅降低曝光时间内空间相机的视线抖动量。

基于微分平坦的升力式再入飞行器鲁棒姿态控制一体化设计

针对升力式再入飞行器飞行过程中非线性、强耦合、快时变特性和外界干扰给姿态控制系统带来的挑战,提出了一种基于微分平坦的鲁棒姿态控制一体化设计方法。首先建立了升力式再入飞行器的姿态运动非线性数学模型,证明了该模型具有微分平坦性质。基于系统的平坦特性,通过微分同胚变换将模型转化为积分串联形式。在此基础上整体设计姿态控制器,实现姿态控制的一体化设计,相对于传统的时标分离方法,能更大限度地利用系统的性能,达到更好的控制效果,同时简化控制器设计过程,提高控制器设计效率。将非线性、强耦合、快时变造成的系统不确定项和外界干扰视为总扰动,设计了基于扩张状态观测器的补偿器,对总扰动进行动态观测并在控制器中实时补偿。仿真结果表明,提出的方法具有良好的姿态跟踪性能和较强的鲁棒性。

光伏制氢一体化灵活控制系统应用

光储氢在可再生能源消纳上具有促进作用,一体化灵活控制系统可以监视全站实时数据并根据全站运行工况实时调节制氢、储能、并网和发电来提高安全性和经济性。本文介绍了光伏制氢一体化灵活控制系统的软件架构、网络部署和应用过程中的困难与应用成效。软件架构上考虑到不同现场的差异化处理,提高了工程配置上的权限,算法上介绍了对安全性和经济性的考虑。网络部署上对传统电力网络部署进行了优化,提高了网络安全和数据实时性,并对整站的应用实施进行了全面总结。

基于光储充放一体化的电气自动化智能控制系统设计研究

在当今世界能源短缺、环境恶化的背景下,可再生能源已经成为世界各国关注的焦点。其中,光储充放一体化是一种新型的可再生能源开发模式,已引起人们的广泛关注。开展光储充放一体化智能配电系统的设计研究,通过对光伏、储能、能源管理和充电设施的综合设计,实现对电能的高效智能使用和管理。从光存储、充电和放电等方面进行了研究,并对其设计思想和工程应用进行论述。

锂电池储能电站防消一体化系统设计及控制策略

面向锂电池储能电站的安全需求,遵循“预防为主、防消结合”的原则,设计锂电池储能电站防消一体化系统,实现数据融合和智能诊断,建立早期预警、后期灭火防护的完整系统;参照实际储能预制舱结构,搭建储能预制舱试验环境,开展锂电池单体及模组热失控及灭火试验,结果表明:防消一体化系统控制策略通过安全预警、防护、消防系统的分级工作,实现了火灾早期预警以及后期灭火防护,最大程度降低了电池热失控带来的危害;以细水雾作为灭火介质能在短时间内熄灭磷酸铁锂电池火灾,并能有效防止电池复燃。

卫星总体与姿态控制一体化优化设计方法

针对传统卫星总体和控制串行设计过程低效、设计性能受限、设计方案冗余等问题,提出了一种卫星总体与姿态控制一体化优化设计方法。在轨道、结构、电源、推进等多学科耦合的传统总体设计模型基础上,将面向应用任务过程的卫星姿态控制仿真嵌入卫星多学科分析过程中,实现卫星总体方案与姿态控制的耦合精确分析和整体任务效能的综合评估,在此基础上进一步实现总体和控制的一体优化。最后,以某对地观测敏捷卫星为对象开展方法应用研究,优化结果表明所提方法获得了比传统设计方法目标函数性能更优、冗余度更低的设计方案,验证了卫星总体与姿态控制一体化优化设计方法的可行性和有效性。

基于磁悬浮转子微框架能力的航天器姿态二自由度测控一体化控制方法

提出一种基于磁悬浮转子微框架能力的航天器姿态二自由度测控一体化控制方法,在磁悬浮控制力矩陀螺框架不动的条件下,通过实时检测磁轴承控制电流、磁悬浮转子位移求解出航天器的滚动、偏航轴姿态角速度,建立磁悬浮转子控制的航天器姿态动力学方程,利用已测得的姿态角速度,设计姿态解耦控制律,控制磁悬浮转子的旋转主轴在磁间隙范围内以一定角速度偏转,产生所需的径向二自由度输出力矩,调节航天器的滚动、偏航轴姿态,仿真表明,该方法能够实现航天器的二自由度姿态调节,微框架力矩具有高精度的优点,能够完成航天器机动段末端小角度的姿态控制。

单轴飞轮储能与姿态控制系统误差分析

介绍了单轴飞轮储能及姿态控制一体化系统的总体构成和工作原理,研究并推导了系统的数学模型,分析了系统误差产生的原因,建立了转台角度位置误差与转子安装不同轴误差、转子偏心误差、飞轮速度测量与控制误差之间的误差关系式,并进行了误差合成。结合实际实验系统算出了各项误差,并对比和分析了各项误差。结果表明:影响系统位置精度的主要因素有飞轮安装不同轴误差、转动惯量误差和飞轮速度测量与控制误差等,其中飞轮转动惯量误差和飞轮安装不同轴误差是不可控量;而飞轮的转速测量与控制误差是可控量。最后提出了提高飞轮储能与姿态控制系统精度的主要方法,可以通过提高位置测量传感器和速度测量传感器的分辨率,采用先进的控制算法来降低飞轮的转速测量与控制误差。

飞轮单轴姿态控制及储能系统

给出了一种应用于小卫星的集成化单轴姿态控制及储能系统。用同轴反转安装的双飞轮进行必要的解耦控制，能够实现卫星在日阳期及日阴期能量的储存与释放，同时对卫星的姿态进行稳定或按照要求调整。通过仿真分析，证明了集成化单轴姿态控制与储能系统方案的正确性，分析了系统参数对控制精度的影响，给出了参数优化途径。搭建了单轴姿态控制与储能实验演示系统并进行了实验，在0～20000r／min转速下进行了储能实验，该过程模拟卫星单自由度旋转气浮转台的控制精度优于1．5^o，折算到百公斤量级卫星的姿态角波动量为1．8’；以20000～10000r／rain的转速进行了放能实验，该过程转台的控制精度优于1．2’，折算到百公斤量级卫星的角度波动量为1．6”，总线电压24V，电压波动量〈1．8％。实验结果表明：单轴姿态控制与储能系统应用于卫星及其它空间飞行器上能够同时完姿态控制和能量需求。

集成化储能与姿态控制系统中飞轮高精度测速方法

针对集成化储能与姿态控制系统中飞轮速度测量要求范围宽、精度高的特点,从误差分析的角度提出了一种速度测量方法。该方法在低速阶段测量多个完整飞轮转速脉冲信号所用时间,跨越转速分界点进入高速阶段后,测量一定时间内飞轮转速脉冲信号个数。为了验证该测量方法的可行性,文中以Agilent公司生产的高精度信号发生器及信号计数器为基准对该系统进行了速度测量实验,并对实验结果进行了分析。结果表明,该系统具有测速精度高,测量范围宽的优点,完全能够满足集成化飞轮储能与姿态控制系统测速精度的要求。

单轴飞轮储能/姿态控制系统的仿真研究

说明了集成化储能与姿态控制系统的工作原理,提出了一种由两反转飞轮系统及气浮转台组成的单轴飞轮储能/姿态控制系统的原理实验装置,对姿态与DC总线电压控制进行了解耦,通过各子系统模型建立了系统的数学模型。通过仿真证明了利用两反转飞轮系统可以实现电能与动能之间的相互转化,并在能量转化的同时实现了气浮转台角度的控制,对于集成化能量与姿态控制系统实验样机的研制具有一定的指导意义。

单轴储能及姿态控制系统建模与仿真研究

为了验证在同一轴上安装两个反向旋转飞轮能够同时完成能量存储与姿态控制问题,对一种由偏置动量轮构成的集成化单轴储能及姿态控制系统进行了理论分析及仿真研究。根据实验系统构成及其储、放能过程的特点,推导了系统的数学模型,给出了相应的控制算法,并以Matlab软件下的Simulink为平台,对系统在充、放电过程中气浮转台的角度调节过程和上下飞轮转速变化过程进行了仿真分析。仿真结果表明,利用两个反向旋转飞轮能够在控制转台角度的同时完成储、放能,证明了控制方案的有效性与可行性,为进一步研究储能及姿态控制系统提供了理论和设计依据。

提升火电机组一次调频性能的火电-储能一体化系统研究

提出了一种火电-储能一体化系统的构造方法,并设计了协同调频控制策略以改善火电机组一次调频性能。在严重有功扰动场景下,利用储能装置的快速响应能力提升了火电机组的一次调频响应速率,改善系统频率跌落深度。在负荷日常波动场景下,利用储能装置响应一次调频指令的高频分量,抑制了火电机组一次调频功能的频繁动作。此外,提出了储能能量恢复控制策略,采用火电充裕的能量恢复储能荷电状态,避免储能的过度充放。算例分析表明,所提方法可有效提升火电机组的一次调频性能,并能够有效维持运行过程中储能的荷电状态。

火-储耦合协同调频策略下飞轮储能容量配置一体化研究

面对大规模波动性新能源并网带来的电网频率安全问题,飞轮储能辅助火电机组参与调频可以有效提升电网发电侧频率主动支撑能力,是能源结构转型期间支撑电网频率安全的有效保障。针对飞轮储能系统的出力控制策略和容量优化配置,提出一种用于辅助火电机组一次调频的飞轮储能控制策略与容量配置一体化方法。首先设计了一种考虑机组实时状态的飞轮储能协同调频控制策略;提出了考虑电厂一次调频收益的经济评估模型,采用改进的粒子群算法进行求解;最后采用华北某电厂315 MW机组实际调频数据进行仿真验证。仿真结果表明,所提出一体化配置方案能够在有效改善电网调频效果的同时兼顾投资方收益,该研究对推动飞轮储能辅助火电参与电力系统调频服务的现场工程应用具有重要理论指导意义。

机电一体化技术在新能源系统中的应用

阐述机电一体化技术的特点,探讨其在新能源中的应用,包括在太阳能、风能和电能的存储领域中的应用。分析在技术、成本效益和可持续应用中的问题、挑战和发展趋势,并提出改进策略。