分布式电池系统热平衡控制设计

为实现电池系统的温度平衡,提出一种基于分布式的独立输入并联输出(IIPO)电池系统架构的热平衡控制方案。在该系统中,热平衡系统、输出电压控制系统相互结合。在放电操作阶段,通过调节功率转换器的占空比,将调节后的总线电压保持在期望值,并引入电流控制回路来调节每只电池的放电速率,将调节后的电池放电电流保持在期望值,从源头上控制电池产热,以实现热平衡。所提出的热平衡控制器不需要额外的平衡元器件,电池的热平衡会在系统运行期间实现。提出并讨论了控制方案及可行性,并给出概念验证实验样机的理论基础和结果分析,评估和验证热平衡控制器的操作性。

计及电池寿命的储能系统参与二次调频功率分配策略

储能系统辅助火电机组二次调频具有响应速度快、跟踪精度高等优点,但功率分配不当会加速电池寿命衰减,导致运行成本增加,经济效益下降。如何制定合理的储能功率分配策略,在确保调频性能的同时延长电池寿命并提高经济效益,已成为亟待解决的重要问题。首先基于二阶RC等效电路建立储能锂电池的数学模型,采用限定记忆最小二乘递推算法辨识模型参数;随后,在火储联合调频模型的基础上,对基于比例、差额和频率的3种功率分配策略进行了仿真分析;最后,根据江苏某660 MW火电机组的实际运行数据,重点分析了不同策略对系统调频性能、电池寿命及经济性的影响。结果表明,比例分配策略的调频效果最差,且会加速电池寿命衰减;差额分配策略在调频性能上表现优异,但对电池寿命的改善有限;频率分配策略能够有效降低电池更换频率,可提高整体经济效益。总体而言,频率分配策略不仅可提高系统的调频能力,还能最大限度延长电池寿命并优化经济效益,在储能系统辅助火电机组二次调频中具有显著的应用优势。

多尺度分解下GRU-TCN集成的动力电池剩余使用寿命预测方法

精准预测动力电池的剩余使用寿命(remaining useful life,RUL)能够提前规避因电池过度使用带来的风险,为退役电池的二次利用提供决策依据,提升电池第二寿命的利用率。为了降低动力电池RUL预测任务中噪声和容量回升现象导致的非线性特征对RUL预测精度的影响,提出了一种基于集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)、门控循环单元网络(gated recurrent unit,GRU)和时序卷积网络(temporal convolutional networks,TCN)集成的动力电池RUL预测模型。首先,使用EEMD对原始数据进行分解,动力电池容量衰退过程中由噪声和容量回升现象导致的非线性特征被分解到高频分量,而原始容量数据的主要趋势被分解到低频分量。其次,再使用GRU和TCN网络分别对高频分量和低频分量进行预测。最后,使用Attention对预测结果进行集成。在NASA数据集上的实验结果表明,本工作提出的集成模型的预测精度和对非线性特征的拟合程度都优于其他单一模型和其他同类型模型,最大平均绝对误差和最大均方根误差分别在0.52%和0.74%内,绝对误差在1个循环周期内,证明本模型有较好的RUL预测能力。

一种精确估算电动汽车动力电池SOC&SOH的循环门控模型

针对现有电动汽车动力电池SOC和SOH估计方法存在运算效率低、实时性差以及估算准确率低的问题,提出一种精确估算电动汽车动力电池SOC&SOH的循环门控模型。首先,改进门控循环单元GRU中更新门和重置门的计算方式并将候选隐藏状态激活函数替换为ThLU函数,缩短训练时间,有效缓解梯度消失。其次,优化序列数据输入方式,引入环形GRU计算模式,提升模型运算效率和估计精度。最后,基于卷积神经网络CNN和改进门控循环单元IGRU,利用传感器采集到的电压V、电流I、温度T数据,实现全周期SOH和SOC同步估算,并将SOH估计值计入SOC估算,消除老化因素对SOC估算造成的不利影响。利用牛津大学电池数据集进行实验验证,结果表明,相比传统估计模型,循环门控模型SOC估计精确度有效提升,预测误差基本保持在0.5%以内。

配电自动化装置蓄电池运行可靠性分析及在线监测开发

配电网规模庞大、结构复杂、故障恢复时间要求高,无法再依靠人力诊断配电网和恢复配电系统。因此大量自动化设备和配电网故障监测系统投入应用。为了提高配电网故障监测的效率以及准确率,研究配电自动化装置蓄电池运行技术应用在电网运维自动化的可靠性;并且采用在线监测技术对配电网中的自动化装置进行监测,进一步地从监测技术、失效措施及充放电等方面对蓄电池进行了研究,结果表明,通过远程放电装置对配电网蓄电池装置进行监测能有效地减少过电压的发生,并有效地提高蓄电池的使用寿命。

考虑逐小时负荷匹配的风光储微网容量配置优化

多能互补微网系统容量配置的优化,有利于提高新能源消纳水平,保证系统供电的稳定性和经济性。文章建立大规模线性规划模型对风光储微网组件进行容量优化配置。模型以单位能源成本(COE)最小为优化目标保证微网经济性,以能源短缺率(LPSP)约束为目标保障微网供电稳定性,将市场化电价作为模型的内生变量以适应电力市场化发展趋势。同时,模型考虑了用户负荷的逐时匹配,防止低电价套利而降低新能源消纳。以我国北方某地为算例,对光伏发电+蓄电池储能(PV-Bat)、风力发电+蓄电池储能(WT-Bat)和光伏+风力发电+蓄电池储能(PV-WT-Bat)三种场景下的微网容量进行优化配置,并从COE、储能单元利用率和系统弃电率三个方面定量分析了三种场景的经济性。

SAR卫星电源系统研究

近年来,合成孔径雷达成像(SAR)卫星在军用、民用领域越来越受到重视。SAR卫星电源系统具有峰值功率大及脉冲工作的特点,针对SAR卫星电源系统的特点,介绍分析了几种方案,通过限定输入条件,对比了几种方案的优缺点,并提出了后续电源系统的优化提升方向,该研究可为我国SAR卫星电源系统的设计提供参考。

考虑储能单元健康状态与荷电状态一致性的BESS功率分配策略

针对由多个储能单元组成的大型电池储能系统(BESS)不规则充放电导致的储能单元健康状态(SOH)和荷电状态(SOC)不一致性问题,研究储能单元内SOH差异与SOC一致性的关系。结合充放电优先级排序和自适应变异粒子群优化(AMPSO)算法,提出考虑储能单元SOH和SOC一致性的BESS功率分配策略。基于包含BESS、风/光发电、电动汽车和常规负荷的共直流母线型集中式微电网并网示范平台的实测数据,对所提功率分配控制策略与传统功率分配控制策略进行了对比仿真分析。仿真结果表明,所提控制策略可有效提高储能单元SOC的一致性,延长储能单元使用寿命,降低储能单元运行损耗,增强BESS双向调节能力。

电池储能参与火电机组一次调频设计与应用

为充分利用电池储能在辅助火电机组一次调频中的优势,对电池储能参与火电机组一次调频的设计方案进行设计与优化。以内蒙古某电厂为例,首先分析该电厂储能配置概况及一次调频考核现状,在此基础上对电池储能参与该电厂火电机组一次调频方案和控制策略进行设计。设计时主要考虑了机组-储能系统负荷分配控制策略、储能系统一次调频有效动作识别、储能系统负荷调节量设计、储能系统一次调频动作期间AGC闭锁方式、储能系统负荷调度方式以及整体优化改造技术路线等因素。最后将设计方案应用于该电厂,结果表明,该设计方案可以大幅提高一次调频考核合格率、减少平均单次考核电量、提高有效动作比例,验证了所提设计方案可有效改善机组调频性能,且经济性良好。

面向风电波动平抑基于改进C−DCA的电池储能分组控制策略

为解决电池储能系统(battery energy storage system,BESS)平抑风电波动过程中荷电状态(state of charge,SOC)和健康状态(state of health,SOH)一致性较低、电池寿命损耗较高的问题,该文提出了面向风电波动平抑基于考虑通讯时延的分布一致性算法(distributed consistency algorithm considering communication delay,C−DCA)的BESS分组控制策略,该控制策略包括初级和次级2个功率分配过程。首先,利用改进旋转门(improved swing door trending,ISDT)算法获取BESS功率指令;然后,建立考虑BESS寿命损耗、SOC与SOH一致性、并网波动率与算法迭代速度的双电池组初级功率分配模型,结合BESS充/放电状态将功率指令顺序分配至电池组,实现初级功率分配;接着,将状态反馈预测控制(state feedback predictive control,SFPC)与输出变量动态反馈引入C−DCA,形成改进C−DCA,进一步设计基于SOC−SOH的权矩阵计算方法,并根据改进C−DCA的计算结果将功率指令从电池组分配给电池单元,完成次级功率分配;最后,电池单元响应各自功率指令。以某风电场实际出力进行仿真,并与其它多种方法进行对比。结果表明,该研究方法降低了风电并网波动率,提升了控制算法的鲁棒性,减少了算法占用内存,同时兼顾了电池单元SOC和SOH的一致性,更大程度上降低了BESS寿命损耗。

滚动考核下的新能源场站–电池储能单元运行策略

新能源场站(renewable energy station,RES)配置电池储能系统(battery energy storage system,BESS)构成一体化发电单元(renewable energy and battery integrated unit,REBU),有助于从源头控制发电计划偏差、降低电网调节负担。REBU同RES,需在日前和日内滚动申报发电过程曲线。为此,设计了一种适应发电过程曲线滚动申报机制的REBU发电计划滚动考核方法,提出增强滚动考核能力、降低滚动考核成本的REBU日前和日内发电过程曲线优化申报与优化运行策略,并在策略中借助期望调控能力指标计入BESS辅助控制REBU计划偏差的作用。算例表明,提出的滚动考核方法与REBU运行策略,可在明确传达网侧实施发电计划统一考核信号的同时,更清晰地反映REBU对投资回报和运行效益的诉求。

基于并网供电技术的高压直流供配电系统研究

针对目前战车供配电系统动态特性差、瞬时供电能力不足的问题,设计了一种基于并网供电技术的高压直流供配电系统,采用直流微电网稳定控制技术和高压软启动技术,实现了发电机组与储能单元的并网供电,具有动态响应快、供配电简单高效等优点。试验结果表明该系统既匹配了战车上的突加突卸负载,又降低了发电机组的额定功率,提高了战车供电的可靠性,具有较好的实用性。

大型客船失电和瘫船动力恢复分析

针对大型客滚船配电系统复杂、失电后系统恢复时间长等问题,以某客滚船电力系统为例,分析配电板、发电机、变压器和清洁电源等主要电力设备的启动、开机、并机程序和连锁逻辑,以及主发电机控制系统的供电方案,通过改进电站管理系统软、硬件配置,将低压AC230 V主电网电压瞬间波动控制在1%以内,双机舱电网满足分区供电和并网运行的需求,关键设备在失电后45 s内可完成恢复供电,并可依照规范要求完成瘫船后的动力恢复。

超大型地下空间应急电源选型研究

为保障超大型地下空间消防系统的供电连续性,同时获得全局最优的应急电源设置方案,对三种不同形式的应急电源有针对性地进行全专业的技术指标及经济指标的比较分析。通过分析,确定了适用于超大型地下空间的全局最优应急电源选型方案,即采用10 kV中压柴油发电机组作为全场公共空间的应急电源,同时根据新版标准ISO 8528-1:2018《Reciprocating internal combustion engine driven alternating current generating sets—Part 1:Application,ratings and performance》及GB/T 2820.1-2009/ISO 8528-1:2005《往复式内燃机驱动的交流发电机组第1部分:用途、定额和性能》要求,对柴油发电机组的功率选型作详细阐述,厘清国标功率与设备铭牌功率之间的关系。

氢燃料电池有轨电车混合供电系统设计

本文结合实际分析了氢燃料电池有轨电车对供电系统的要求。根据有轨电车在不同工况下的功率需求,氢燃料电池的工作特性以及锂电池、超级电容器的储能特性,设计了一种由氢燃料电池、锂电池及超级电容器组成的混合供电系统。本文对该供电系统的具体电路进行了设计,以实际有轨电车功率需求为基础,确定了各供电单元的主要技术参数,同时设计了该混合供电系统中每个供电单元的具体运行模式、控制策略以及保护措施,满足了氢燃料电池有轨电车供电系统的技术要求。

10kVA UPS保电单元蓄电池组机箱设计研究

本文基于10kVA UPS保电单元项目,对其中的蓄电池组模块进行设计和分析,蓄电池组机箱采用骨架加蒙皮的结构形式,机箱侧面和顶面预留散热孔,确保蓄电池在充放电时能及时散热;另外,蓄电池组机箱重量≤55kg,满足人工搬运及堆叠的要求,确保其体积小、重量轻、使用便捷的要求。

电力通信电源直流单元的故障自投切机制

提出一种电力通信电源直流单元的故障自投切机制,在不对原有系统进行重大结构调整和配置升级的情况下,实现故障整流模块和蓄电池的自动切除及其对应备用单体的自动投入,不仅提升了通信电源系统应对整流模块及蓄电池单体故障的能力,降低或避免整流模块和蓄电池故障引发的系统运行风险及不良影响,而且显著提升了电力通信电源系统的智能化运维水平,优化了电力通信系统的运维保障水平,具备较好的经济效益与管理效益。

新能源汽车高压配电盒高低压集成PCB一体化研究

本文主要针对高压控制盒内部高压铜排和线束连接采用高低压集成PCB一体化设计进行研究,通过这种设计不仅可以减少由于线束损坏、接触不良等造成的安全隐患,还可以大大节省布置空间,使高压配电盒体积尺寸小型化、轻量化,一体化设计亦可以减少繁琐的安装工序,提升生产效率,节省人工成本。

储能系统在智能型无人系统母船的应用

对电力推进科考船在科考作业时由于负载波动给电力系统带来技术难题进行分析,提出在电力系统中加入磷酸铁锂储能单元的解决办法,以实现利用储能单元具有的削峰填谷能力,使电力系统的运行趋于稳定。同时,以智能型无人系统母船为例,介绍储能系统兼具动力电池系统在船舶进、出港时实现纯电力推进的零排放关键技术。提出含磷酸铁锂储能单元的电力推进配电系统的配置方案及其充放电调度控制方式,为工程人员设计类似科考船提供解决方案和参考。

电池储能单元群参与电力系统二次调频的功率分配策略

大规模电池储能电站响应频繁的电力系统二次调频小额功率需求时,面临二次调频功率在电池储能单元群之间分配的问题,分配不当会劣化储能电站运行效率。文中分析了电池储能单元充放电功率对其能量转换效率的影响,构建了电池储能单元充放电功率-效率模型,提出使电池储能电站整体能量转换效率最大化的电池储能单元群功率分配策略。该策略可以提高电池储能电站运行效率、减小功率损失,同时在小额调频功率需求场景下可以减少电池储能单元响应数量和延长电池储能电站寿命。仿真分析验证了所提功率分配策略的有效性,与按比例功率分配策略和最大充放电功率分配策略对比结果表明,所提出的功率分配策略在提升电池储能系统运行效率以及减缓电池寿命衰减方面均具有优势。