城轨交通地面超级电容储能系统容量配置

随着我国经济发展和城市化进程日新月异,城市轨道交通的开通运营里程也日益增长,城市轨道交通用电总量也越来越可观,列车牵引能耗是城市轨道交通用电比重最高的环节。使用能量回收装置或者使用双向变流装置替代现有的整流机组来回收列车再生制动能量,来降低城轨交通牵引能耗,已成为新建城市轨道交通线路的标准配置。当前主流应用的能量回收装置主要有储能型和中压能馈型两类,储能型能量回收装置又分为飞轮储能、电池储能和超级电容储能三种。本文对应用于城轨交通的超级电容型再生制动能量回收装置的容量配置进行了初步探讨,介绍了供电系统、列车、地面超级电容储能系统的分析建模及牵引供电计算仿真方法,研究了车辆条件、运营条件、线路因素以及邻站吸收装置等因素与设备容量配置的关系,并对无锡地铁1号线的实际应用数据进行了验证。

锂离子电池/超级电容器混合储能系统能量管理方法综述

锂离子电池/超级电容器混合储能系统因其良好的性能、较低的成本和较强的通用性,已成为应用最为广泛的混合储能系统。能量管理技术是混合储能系统的核心技术之一,也是当前主要的研究热点。为了系统地对混合储能系统能量管理方法进行综述,本文首先对锂离子电池/超级电容器混合储能系统的拓扑结构、能量管理架构以及功率分配控制进行了介绍;而后,本文将现有的混合储能系统能量管理方法分为基于经验、基于优化、基于工况模式识别和基于机器学习5大类并进行了详细的对比分析,重点针对规律性工况与随机性工况讨论了各类能量管理方法的效能,并分析了各类方法的鲁棒性与计算复杂度;最后,本文对现有的能量管理方法进行了总结,并对该领域未来的研究方向和发展趋势进行了展望。综合分析表明,提高对随机性负载未来工况的预测精度、建立更加精准的混合储能系统模型并通过云端协同进一步提升能量管理方法的实时性将是未来混合储能系统能量管理研究的重点。

光伏发电-超级电容储能并网系统的直流母线电压稳定控制

光伏发电并网系统因太阳能的周期性和间歇性会对电网造成扰动,影响电网的安全稳定运行。针对双级式光伏并网发电系统,在直流母线侧增加超级电容储能可以平抑光伏发电功率的波动。从控制功能的角度,将光伏发电-超级电容储能并网系统分为光伏发电、逆变器和超级电容储能3个功能独立的子系统;建立了各子系统的数学模型,并在此基础上分析确定各子系统分别实现最大功率跟踪控制、恒功率控制和直流母线电压稳定控制的具体方案;针对直流母线电压的稳定控制,提出一种基于鲁棒渐近跟踪控制的方法。通过模拟不同辐照强度,不同电网有功-无功功率需求等多种工况进行仿真验证。结果表明,所提控制功能划分合理,控制方法有效且兼有较好性能。

基于MMC的超级电容与蓄电池混合储能系统及其混合同步控制策略

为满足储能系统提供惯量和一次调频支撑功能需要对多类型储能介质集中配置和优化调控的需求,针对基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)的新型混合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)MMC-HESS,提出了混合同步控制(hybrid synchronous control,HSC)整体策略。MMCHESS采用模块化设计,将超级电容和蓄电池分别安置在高压直流母线侧和子模块内,具备高功率密度和高能量密度的优势。阐述了混合储能系统的拓扑结构和工作原理并采用混合同步控制策略提供系统惯量和一次调频功能及故障限流时的同步能力和孤岛并网切换功能,采用滤波器实现储能功率分配,采用荷电状态(state of charge,SOC)均衡控制实现蓄电池能量均衡。最后,基于硬件在环实验平台,验证了所提拓扑结构与控制策略的可行性和有效性。实验结果表明:所提混合储能系统及其控制策略具备惯量与频率支撑能力,在故障限流、正常并网、孤岛运行之间可灵活切换,能够有效发挥混合储能的综合优势,在中压配电网中具有良好的应用前景。

基于改进无差拍控制的MMC超级电容储能系统补偿电流性能优化研究

针对传统电流控制下的模块化多电平换流器(MMC)超级电容(SC)储能系统补偿电流动态响应阶段波动较大的问题,通过提出改进无差拍控制算法重复预测周期电流并结合在线电感参数计算,优化MMC超级电容储能系统补偿电流动态响应性能,降低了设备交流侧电流畸变,消除了稳态运行状态下桥臂电感参数变化对改进无差拍电流控制的影响,提高了系统的鲁棒性。搭建了Simulink仿真模型,对所提出的改进方法的可行性和优越性进行了验证。

基于超级电容储能的汽轮发电系统频差功率协调控制

由于孤岛运行的汽轮发电系统输出功率调节响应较慢,带脉冲功率负载会造成输出电能频率和电压较大的凹陷和超调,甚至导致系统不稳定。本文将超级电容储能应用于汽轮发电系统,组成汽轮机-超级电容混合发电系统。继而提出混合发电系统的频差功率协调控制方法。通过超级电容储能单元的高功率动态响应弥补汽轮机输出功率动态响应低的问题,使系统实时处于瞬时功率平衡状态,保证输出电能频率和电压的平稳,增强汽轮发电系统对脉冲功率负载的适应能力。最后建立仿真模型对所提控制算法的有效性进行验证。

基于超级电容储能的电动牵车机电传动系统设计

针对目前内燃机车和“铁牛+绞车”系统在铁路站场进行牵引作业时存在的问题,文章介绍了基于超级电容储能的电动牵车机,概述了其技术创新点,并从牵引及能耗计算、系统构成、主要控制功能等方面阐述了电传动系统的设计。该电传动系统具有低速控制精度高、智能化等特点,满足设计运用要求,符合智能绿色发展方向。

短时供电控制技术在超级电容器储能系统中的应用

随着可再生能源的不断增长和电动交通工具的广泛采用,电力系统面临着更多的瞬态需求及挑战。在这种情况下,超级电容器储能系统以其高功率密度和快速响应能力成为主要应用技术之一,然而如何在短时间内提供大量电能以满足需求仍然是一个挑战。为此提出在超级电容器储能系统中应用短时供电控制技术,通过超级电容器储能系统的快速响应,改善电力系统的性能。对实际数据进行分析,证明该技术对提高能源系统的效率具有显著影响。

超级电容器在城市轨道车载储能系统中的应用

随着城市轨道交通系统的不断发展,再生制动技术成为节能减排的关键手段之一。通过探讨超级电容器在城市轨道车载储能系统中的应用,以应对城市轨道交通系统中能量管理和再生制动的挑战。分析城市轨道交通系统中再生制动技术的重要性和我国城轨供电系统的电压标准与储能要求,探讨超级电容器的工作机制和特性,并阐述其在城市轨道车载储能系统中的应用方法,包括超级电容器组控制和制动电阻控制。通过对超级电容器的合理应用,可以有效提高能源利用效率,减少能量浪费,为城市轨道交通系统的可持续发展做出贡献。

全国首个超级电容器+磷酸铁锂混合储能系统正式投运

随着全球能源结构的转型和“双碳”目标的推进,新能源的快速发展带来了电力系统能源结构的复杂化。电网频率波动的加剧,对电力系统的调频能力提出了更高的要求。传统的发电机组调频方式存在响应速度慢和控制精度低的问题,难以满足现代电网对快速、精准调频的需求。在这样的背景下,大唐鲁北公司与今朝时代合作,成功投运了全国首个超级电容器与磷酸铁锂混合储能系统,标志着电网调频技术迈入了一个新的时代。

基于PID的电容混合储能系统功率波动控制仿真

降低混合储能系统的功率波动,可以提高系统运行安全性和稳定性,为此提出一种超级电容混合储能系统功率波动控制方法。建立蓄电池SOC数学模型,分析储能设备在混合储能系统中的充放电功率和SOC状态;通过低通滤波方法确定储能设备在系统中的功率参考值,设计模糊神经PID控制器,在模糊神经PID控制器的控制规则下,根据超级电容和蓄电池的功率参考值实现混合储能系统的功率波动控制。仿真结果表明,采用所提方法对超级电容混合储能系统控制后,系统的功率波动率降低,控制结果较为合理。

基于超级电容储能的城轨供电系统效能提升

城市轨道交通具有站间距离短、行车密度高等特点,列车在运营过程中会频繁地启动和制动,产生可观的制动能量。本文针对制动能量的再生利用效率提升问题,提出了一种基于超级电容储能装置和全线规划布置的超级电容地面储能系统,对其系统节能能力、牵引网稳压能力进行研究。首先,针对超级电容储能装置从单体级、模组级到系统级进行了设计;接着,以实际线路为例,从变电所输出功率、直流侧电压以及系统运营总能耗3个方面在MATLAB/Simulink平台上进行节能仿真。仿真结果表明,超级电容地面储能系统能够有效地降低城市轨道交通系统运营能耗,节能率可达12.78%,同时稳压效果明显,电压波动幅度由290 V减小至190 V,提升了牵引供电系统的供电安全性。

“锂离子电池—超级电容”混合储能系统的建模与状态估计

在混合储能系统中,状态估计是进行各储能元件间功率分配和控制策略调整的基础。为减小状态估计误差对后续能量管理的影响,以“锂离子电池-超级电容”混合储能系统为研究对象,进行建模仿真和精确状态估计。首先在辨识基本元件参数后,基于电路的物理结构,在MATLAB/Simulink环境中搭建了混合储能系统仿真模型,用于快速准确的模拟实物实验。然后综合复杂度和估计精度考虑,重新选择以整体形式的理念建立了电池组和超级电容组模型,用于配合“EKF-两点法”进行荷电状态与健康状态的联合估计。最后,经实验验证表明,状态估计误差都在5%以内,即建立的仿真模型能够准确反映元件运行特性且联合状态估计算法精度较高。

抽油机超级电容储能系统

针对抽油机系统平衡块难以维持完全平衡、倒发电现象造成电网污染、制动引起发热及能源浪费等问题,提出基于超级电容的抽油机储能系统整体方案,设计了超级电容模组、快速充放电单元、倒发电状态识别系统、保护系统等具体功能模块,在胜利油田3口试验井完成抽油机储能系统的现场试验分析。结果表明,超级电容为抽油机储能系统的优选储存介质,循环17万次后容量为251 F,容量保持率86.55%,满足抽油机储能系统使用需求;充电时采用ZVS移相软开关技术,功率器件处于0电压开通状态损耗最小;增加抽油机储能系统后,抽油机耗电量明显下降,3#抽油机的节电比例达到27.0%,每天节电量为27.11 kW·h,每年可节约电费6829元。研究成果在充分利用抽油机倒发电能量、避免能量浪费等方面具有重要工程应用价值和显著经济效益,为后续推广应用抽油机节能工艺提供技术经验。

100%低地板现代有轨电车车载超级电容储能系统配置设计

目的:为提升基于超级电容储能的现代有轨电车储能系统配置设计能力和车辆运营现场应用的时效性和经济型,需对有轨电车超级电容储能系统的容量配置、充放电策略和故障判断等关键技术进行深入研究。方法:结合实际商业运营线路特征,通过牵引计算与超级电容能量仿真计算,给出超级电容容量最优配置方法,并依据超级电容容量的配置设计以适应车辆的超容动力总成。根据超级电容储能型现代有轨电车车载储能系统到站充电的及时性需求和超级电容的大电流快速补电能力设计了超级电容的充放电策略,并基于此充电策略在充电过程中进行超级电容故障的判断。通过仿真进行剩余电量的校核,验证储能式有轨电车动力性能要求和充电的时效性和冗余能力。结果及结论:基于超级电容的高功率密度和高强度电流能力的优势,对超级电容容量进行合理配置,通过线路能量仿真与实际运营结果相互验证,证明了以超级电容为储能载体的无网供电系统方案,完全能满足全线路无接触网有轨电车的动力性能和能量需求。

电池-超级电容器混合储能系统设计

传统的单一储能元器件较难同时具备高能量密度、高功率密度两项优势。为提升储能系统的综合性能,延长系统中各储能元件的使用寿命,设计了电池-超级电容器混合储能系统。以电池-超级电容器的混合储能系统为例,采用Buck-Boost控制器作为充放电保护,提出了电流电感双闭环控制策略。最后,对电池-超级电容器的混合储能系统设计的系统进行了仿真实验测试,结果表明该混合储能系统能在发电过程中避免电池的频繁充放电,有效提高系统效率,对延长元件的使用寿命具有一定的促进作用。

超级电容储能系统在风电系统低电压穿越中的设计及应用

风电并网导则要求并网型风电机组具备低电压穿越能力,而传统基于直流母线卸荷电阻的低电压穿越方案以热能的形式消耗机组多余功率,降低机组效率,升高环境温度,增加了机组散热设计的难度。鉴于此,针对鼠笼型全功率风电变流器机组,提出一种基于超级电容储能装置的低电压穿越方案。利用超级电容器固有的快速充放电特点,实现低电压故障过程中风电机组波动功率的控制;给出了超级电容储能装置的详细设计方案以及低电压穿越过程中网侧变流器、机侧变流器以及超级电容储能装置的协调控制方法,并对系统暂态控制中的切换问题进行详细阐述。仿真与硬件在环实验结果验证了参数设计方法及提出控制策略的正确性。

蓄电池与超级电容混合储能系统的控制策略

在分布式发电系统中,储能系统要同时具备高功率密度和高能量密度的特点,单种储能元件往往难以达到这个要求,蓄电池与超级电容在性能上具有很强的互补性。本文将蓄电池与超级电容分别通过双向半桥变换器连接到直流母线上构成混合储能系统,蓄电池稳定直流母线电压以维持母线上能量供需平衡,超级电容迅速提供负载波动功率高频分量,抑制负载突变对直流母线造成的冲击。分析了负载功率高频分量的检测方法,建立了双向半桥变换器的数学模型和四种模式下的控制策略。利用DSP实现储能系统的综合控制,通过仿真和实验验证了系统控制策略的有效性。

基于动态阈值调节的城轨交通超级电容储能系统控制策略研究

超级电容储能系统应用于城市轨道交通可以实现良好的节能稳压的效果,本文首先分析了城轨交通列车再生制动电压限制特性以及等效24脉波不控整流机组的空载特性。在此基础上探讨了基于最大节能化的超级电容储能系统充放电阈值选择原则,并提出了基于动态阈值调节的储能系统控制策略,最后通过仿真和样机现场实验验证了控制策略的可行性。

超级电容器与蓄电池混合储能系统在微网中的应用

由于微网中含有发电单元输出功率与负荷功率2组不相关随机变量,储能需要频繁吸收(发出)有功功率以维持微网的稳定运行,这对传统蓄电池储能的工作状况产生了较大的负面影响,缩短了其使用寿命。文中提出了适用于微网的超级电容器与蓄电池混合储能结构,采用统一建模方法进行了建模,并采用小信号分析方法推导了储能的稳定条件。针对该混合储能结构,采用多滞环调节控制策略提高了储能的灵活性与实用性。利用超级电容器功率密度高和循环寿命长的优点,通过控制双向DC/DC变换器实现对蓄电池充放电过程的优化控制,可以避免蓄电池单独储能时的容量浪费,延长其使用寿命,提高储能的技术经济性。仿真和实验结果验证了所提出的混合储能结构及其控制策略的有效性。