Fuzzy Controlled Ultra-Capacitor Based DVR (UCAP-DVR) for Power Quality Enhancement

In recent years, a rapid decrease in the cost of various energy storage technologies and their integration into grid becomes a reality with the advent of smart grid. The Dynamic Voltage Restorer (DVR) is a custom power device that has an excellent dynamic capability used to provide voltage sag, swell compensation in distribution systems. Among the energy storage devices, Ultra-Capacitors (UCAP) have ideal characteristics such as high power and low energy density essential for the compensation of voltage sag and swell, which require high power for short interval of time. This paper presents an integration of rechargeable UCAP with DVR. This UCAP-DVR presents a modular, flexible system configuration that will have an active power capability and also provide deep, extended mitigation for power quality problems. The DVR is integrated into UCAP via bidirectional DC-DC converter which supports a rigid dc-link voltage for DVR and also helps in compensating temporary voltage sag and swell. FUZZY LOGIC Controller is used to enhance the performance of UCAP-DVR. The simulation model for the proposed system has been developed in MAT-LAB and the performance over conventional DVR is compared with the results obtained.

干式直流电容器全链条国产化关键技术探讨

高性能薄膜电容器广泛应用于新能源交通工具、输变电工程、医疗救治器械和电磁脉冲武器等领域,其中干式直流电容器更是柔性直流输电的重要装备。目前薄膜电容器生产过程中从原料到重要装备完全依靠国外技术,高端薄膜电容器超净聚丙烯(PP)原料完全依赖从国外进口,加工双向拉伸BOPP薄膜和电极蒸镀等大型生产设备都是从发达国家购买,严重制约了我国薄膜电容器技术研发和工程应用,特别是在当前的复杂国际环境下带来诸多隐患,一旦国外禁止向我国出售相关原料和设备,将严重影响我国高科技领域的发展。由此,在当前复杂的国际环境和我国政府提出的“双碳”目标背景下,必须下大力气着力解决影响薄膜电容器领域发展的诸多关键因素,依靠自主技术服务于新能源系统建设。在国家重点研发计划“干式直流电容器用电介质薄膜材料”重点专项支持下,本文从薄膜电容器用电工级超净PP原料入手,探讨通过相关领域科研院所与相关企业深度合作,进行电工级超净PP原料技术攻关,解决研发验证过程中存在的问题,从全局观出发力图解决我国干式直流电容器工程应用面临的重大问题,形成我国干式直流电容器全链条国产化关键技术。

电容器用超净聚丙烯薄膜综合性能比较

研究了不同聚丙烯粒料、不同薄膜生产厂家制备的一系列电容器用超净聚丙烯薄膜的主要性能指标;对比了不同聚丙烯粒子制备电容器膜的结晶特性、热性能、介电性能和绝缘性能等各项性能差异。测试结果表明,部分国产电容器用聚丙烯薄膜性能已达到进口薄膜标准,但仍存在国产膜结晶度偏低、薄型膜质量较差的问题。国产电容器用聚丙烯薄膜距离世界领先水平仍有差距,需要进一步提高国产粒料性能,优化薄膜制备工艺。

超低温铝电解电容器电解液的制备及其应用

以制备工作下限温度为-55℃的超低温铝电解电容器电解液为研究目的,通过对二元混合溶剂的凝固点的分析以及对溶质和添加剂的选用,将各种物质进行正交实验、优化配制技术。制备出的电解液的冰点低于-55℃,闪火电压(Us)≥496 V。将该电解液应用于规格为400 V,10μF的铝电解电容器,对电容器进行低温特性、高温负荷和高温耐久试验。结果表明,该电解液制备的电容器可在-55~105℃的环境下工作至少5 000 h。

动力电池-超级电容混动车辆能量管理研究

由于混合动力客车具有长行驶里程、高负荷承载等运行特点,设计合理的能量管理策略以降低系统的整体能量损失对整车的节能运营具有重要意义。这里基于一种深度强化学习方法(即深度确定性策略梯度算法),设计了面向动力电池-超级电容的混合动力客车最优能量管理策略,较传统的强化学习控制策略相比,所提出的策略通过引入神经网络,避免了求解过程中对连续状态和动作变量的离散化,提高了控制精度。另外,通过利用动态规划算法预先求解最优控制策略,并将策略经验纳入经验池,使后续网络参数训练时能根据最优经验较快获得最佳网络参数,加速了网络的收敛速度,提高了控制策略的最优性。结果表明,所提出的控制策略较传统的Q-learning算法,可实现系统整体能耗下降10.3%;与基于动态规划的最优控制策略相比,能耗仅增加2.05%,证明了所提出控制策略的最优性。

一款基于GaAs工艺的改进型Wilkinson功率分配器芯片

对传统Wilkinson功率分配器的设计方式进行改进,使用蛇形环绕式结构取代传统的微带线结构,并在功分器隔离电阻处引入了频率补偿电容,基于砷化镓(GaAs)工艺,借助ADS软件设计并制作了一款新型结构的小型化超宽带一分二Wilkinson功率分配器芯片。芯片实物测试结果表明,在通带4~20 GHz内,插入损耗典型值为0.65 dB,端口回波损耗典型值为20 dB,端口隔离度典型值达到25 dB,芯片尺寸仅为1.0 mm×0.9 mm×0.1 mm。该功率分配器的实测结果与仿真结果相吻合,电特性优良,具有较高的实用价值。

超薄型高容量刻蚀箔钽阳极电容器的制备

埋入式电容技术在缩小设备体积、降低功耗和提升性能上具有巨大优势。然而,目前商用的电容器的电容密度小、厚度大、成本高或无法与印刷电路板制造相兼容,为了解决这个问题,提出了一种超薄型高容量刻蚀箔钽阳极电容器的制备工艺,以脉冲直流为电流源对钽箔进行电化学刻蚀,大幅提升了钽箔的比表面积,在10V电压下阳极氧化后的比容可达550 nF/mm2。同时,以刻蚀钽箔为基底制备了高质量的钽阳极氧化膜,所形成的化成箔在9 V电压下的漏电流密度仅为24 nA/cm^(2)。固态聚合物阴极由固态钽电容器在PEDOT:PSS的水分散液中浸渍多次而形成,所制备的固态钽电解电容器厚度不足50μm,且表现出优良的频率特性。其等效串联电阻(100 kHz)低至19.2 mΩ,约为日本松下聚合物钽电容器的1/5,在1~100 kHz频率范围内的电容量保持率可达75.5%,与日本松下聚合物钽电容器相比提升55%以上。基于电化学刻蚀的箔式钽电解电容器将进一步推动钽电解电容器的小型化和轻薄化发展,并为埋入式电容技术开辟新的思路。

一种高PSRR超低噪声CL-LDO设计

提出了一种高电源抑制比(PSRR)超低噪声无片外电容低压差线性稳压器(CL-LDO)。采用自偏置折叠共源共栅结构的自适应误差放大器降低系统噪声;利用过温保护电阻和电流增强电阻的基准电压源结构,使电压基准源在高工作电压下具有较高PSRR;同时在电流源正温度系数支路引入一对温度系数相反的电阻,简化电流源零温度系数调节过程。该CL-LDO基于CSMC 0.18μm BCD工艺进行电路验证,该电路在输出电容为1 pF,电源电压为4.9 V~5.2 V,负载电流为200μA至90 mA条件下,可稳定提供3.3 V电压输出,电源抑制比为-44 dB@10 kHz,等效输入噪声仅为17nV/√Hz@100kHz。电源电压5 V时具有12.1μV/mA的负载调整率和4.8 mV/V的线性调整率。阶跃负载电流上升/下降时间为1μs的情况下,该CL-LDO恢复时间小于2.2μs。

基于超级电容的自卸车交流传动系统研究

分析了回收和利用制动能量是提高自卸车运行经济性的重要手段。介绍了超级电容具有快速充放电、寿命长、比功率高等优点,适用于自卸车制动能量回收。针对研究的载重90吨电动轮自卸车,开展了自卸车路况和工况实测分析研究,完成了基于超级电容的传动系统设计研究。构建了基于直接转矩控制的传动系统控制策略,进行了样车和传动系统的地面滚动台架试验。试验结果证明了系统设计和控制策略的有效性,为后续开展工程化应用打下基础。

基于模糊算法的风电储能系统的优化控制

对用于风电系统平抑功率波动的储能系统而言,其自身的优化控制是提高其技术性能和经济性能所要考虑的问题,控制不当可能会导致储能装置出现过度充电或深度放电的状况,这将严重影响到储能装置的寿命,同时也使其在风电系统中的技术性能下降。本文以基于超级电容器的永磁直驱式风力发电系统为研究对象,分析了该系统的工作原理,并在此基础上提出了一种基于模糊算法的储能系统优化控制策略,该控制策略在实现平抑风电机组功率波动的同时,还能够使储能装置避免出现过度充电或深度放电的状况,并向着适中的荷电状态转变。仿真结果证明了所提控制策略的正确性和有效性。

基于超级电容的城市轨道交通车辆再生制动能量吸收系统

研究采用基于超级电容器的储能器来吸收城市轨道交通车辆的再生制动能量,并在适当的时候把能量回馈直流供电电网,以减少能源浪费,达到能量的高效利用。本文提出了模块化结构的储能器功率变换方案,采用多个模块串联以适应不同供电制式牵引电网的应用场合;采用多通道电路拓扑降低了变换器功率管的电流应力;提出一种双闭环控制策略,既实现了能量的双向流动又实现了串联模块的输入端电压的自然均压;提出了一套超级电容器组均压策略以保证超级电容器组高效可靠工作,主要分为组内均压和组间均压两组电路。最后通过小功率实验平台对该再生制动能量吸收系统的关键技术进行了实验验证。

双锂电池–电容器混合储能系统控制策略设计

针对电池储能用于平抑风电功率波动时频繁充放电切换工作状态降低了电池使用寿命的问题,提出了锂电池寿命衰减程度评价方法,并根据此方法确定了锂电池在寿命周期内吞吐最大电量所对应的最佳运行充放电循环深度。考虑到能量型储能介质和功率型储能介质的优势互补以及单电池储能运行充放电循环深度对电池带来的不利影响,采用了基于双锂电池和超级电容器的混合储能系统主电路结构,并根据分段均值方法确定储能系统的参考功率,设计了锂电池运行在最佳充放电深度内的运行控制策略。最后基于国内某风电场的实测风电功率数据,对提出的储能系统结构和运行控制策略的合理性和有效性进行了验证。算例结果表明,在完成同一个目标指令时,单储能运行时充放电循环深度与标准充放电循环深度的偏离程度较大,对电池储能寿命衰减的影响较大;而双电池储能A、B单元能在所提出的协调控制策略下尽可能运行在标准充放电循环深度,从而提高了电池的使用寿命和经济效益。

基于超级电容器–蓄电池复合储能的直驱风力发电系统的功率控制策略(英文)

随着风力发电的电网渗透率的增加,风电系统与电网之间的相互影响也越来越大。风电系统输出功率的波动性和间歇性对电网的电能质量及其稳定性将产生较大影响;与此同时,电网故障也会给风电系统带来一系列的暂态过程,甚至会危及到风电系统的安全运行。该文基于超级电容器和蓄电池在技术性能上具有较强的互补性以及并网永磁直驱风力发电系统的运行特点,提出一种综合控制策略,在使风电系统输出较为平滑的功率的同时,还具有较强的低电压穿越能力,使风电系统基本不受电网故障的影响。仿真结果证明了所提控制策略的正确性和有效性。

基于混合储能的光伏波动功率平抑方法研究

针对光伏发电系统中发电功率波动问题,构建了一种基于混合储能的光伏并网发电系统模型,以平抑并网功率的波动。该模型引入了由超级电容器和蓄电池组成的混合储能系统,可以有效应对在各种天气条件下所引起的光伏输出功率波动问题,从而对并网功率进行削峰填谷。同时,对现有的MPPT法进行相应改进,提出了单向变步长追踪法,能够更加稳定且迅速地调整光伏系统的最大输出功率,提高发电效率。最后,在Matlab/Simulink上进行仿真,结果表明该混合储能控制系统能够有效提高光伏并网功率输送的稳定性能。

并联混合动力挖掘机系统建模及控制策略仿真

分析了以超级电容和ISG(integrated startergenerator)电机组成辅助动力源、电机驱动回转为特征的并联混合动力挖掘机系统;提出了发动机双模式转矩均衡控制策略,以负载工况与超级电容SOC(state of charge,荷电状态)为决策依据,实现发动机工作点的自适应调节.在特定工作点下,以转矩均衡控制策略替代传统的转速感应控制,系统转速更加稳定.ISG电机可以均衡发动机转矩,使其工作于高效率区.另外,利用回转驱动电机实现回转势能的再生利用.建立并联混合动力挖掘机系统的Simulink仿真模型.结果表明,该控制策略适用于挖掘机并联混合动力系统,具有显著的节能性.

改进的超级电容建模方法及应用

提出了一种改进的基于物理-端行为特性的超级电容建模方法,模型包含3部分分支电路,在即时分支电路里,采用了一个电压受即时电路端电压控制的电压源和一时间常数恒定的电容串联来模拟超级电容器的即时特性,同时给出了等效电路的参数确定方法.仿真结果表明,该模型可以精确描述超级电容充放电过程的非线性及充放电之后的电压自恢复特性,具有很好的静态特性和动态特性.该模型简单实用,已成功应用于均衡电路参数优化设计中,并在其它采用超级电容作为能量源的电力电子装置中有很好的应用前景.

直流对等式微电网混合储能系统协调控制策略

提出一种基于锂离子电池和超级电容混合储能的协调控制策略,使得混合储能系统(HESS)适用于风能、太阳能或者其他间歇式分布式电源供电的微电网。针对锂离子电池和超级电容的放电特性,提出DC-DC侧对等式并行双环控制策略,控制直流母线电压稳定的同时,利用控制环路自身带宽滤波特性及交流功率前馈达到功率分配效果;采用滞环PI控制方法,保证超级电容不会过放或者过充。DC-AC侧采用双同步坐标系下不平衡电流控制结构,有效跟踪不平衡参考电流。实验结果表明,所提出的协调控制策略能有效抑制直流母线电压冲击与波动,显著提高了系统动态响应;同时,超级电容利用效率得到提高,微电网在过渡状态下的性能也得到了改善。

基于MMC双向DC-DC变换器的超级电容储能系统控制策略分析与设计

研究一种基于多模块多电平双向DC-DC变换器的超级电容储能系统,该系统可有助于减小超级电容单体电压低与应用场合电压高间的矛盾。超级电容组间的均压控制是该系统稳定运行的关键之一。对超级电容组的均压控制和储能系统能量管理策略进行分析和设计。利用双向变换器的小信号模型分析超级电容储能系统电流控制与超级电容组间均压控制的关系,设计多模块多电平双向DC-DC变换器的双闭环控制策略,在稳定控制网侧电感电流的同时实现超级电容组间电压均衡的解耦控制。进一步,根据母线电压变化及超级电容荷电水平(state of charge,SOC)提出储能系统能量控制策略。系统仿真和实验验证了所提出的基于MMC双向变换器的超级电容储能系统控制策略的有效性。

复合电源电动汽车动力系统建模与仿真

由于蓄电池的功率密度低、能量密度低,以蓄电池作为单一电源的纯电动汽车,动力性和续驶里程因此受到极大的限制。本文将超级电容引入到电动汽车的储能系统中,构建超级电容—蓄电池复合电源系统,利用超级电容高功率密度特性弥补蓄电池的不足。分析了在典型工况下的车辆需求功率对应的电流变化曲线,并根据储能系统的状态划分为单独驱动、共同驱动、预充电和再生制动共四种工作模式,在MATLAB/Simulink环境下建立了纯电动汽车动力系统的仿真模型,包括蓄电池模块、超级电容模块、功率分配模块和驱动模块,根据市区循环工况进行了仿真测试,结果表明采用超级电容—蓄电池储能系统能发挥其高能量密度和高功率密度特性,从而提高车辆的动力性能,使能量利用率提高了近17%。

超级电容-蓄电池复合电源结构选型与设计

系统分析了混合动力汽车用蓄电池的不足以及应用超级电容器的优势,研究了超级电容器与蓄电池构成复合电源的3种不同组成方式,指出将高功率密度的超级电容器与高能量密度的蓄电池通过功率DC/DC变换器匹配,使之既可以输出/吸收高倍率电流的冲击,又可以满足多次高倍率电流所需的高能量密度。实验与仿真结果表明,双向DC/DC变换器的并联结构具有较好的效果和实用性。