运行工况自适应的风储系统双层功率平滑策略

针对风电并网带来的功率波动问题,提出一种运行工况自适应的风电-混合储能系统双层功率平滑策略。在上层,考虑风储系统并网功率波动和储能运行状态,利用无模型自适应控制动态跟踪经滑动平均算法得到的并网参考功率,生成混合储能总功率任务;在下层,考虑储能介质的技术特性,利用模糊控制动态调节经变分模态分解确定的混合储能总功率任务的频率分界点,完成功率的自适应分配。算例分析表明:所提策略可以自适应平抑多工况下的风电功率波动,实现混合储能各介质间功率的合理分配。

基于自适应粒子群优化算法的串联复合涡轮储能优化策略

针对发动机串联复合涡轮发电系统储能困难等问题,提出了一种基于自适应粒子群优化(SAPSO)算法的最大功率点追踪(MPPT)方法,增强发电系统功率的捕获能力。此外,采用混合储能系统(HESS)替代单一蓄电池储能,实现电能的高效、稳定存储。通过Matlab/Simulink软件,建立了基于发动机串联复合涡轮发电的储能优化控制仿真模型,对比分析了不同控制方法在设定工况下的功率追踪性能以及混合储能系统的储能特性。仿真结果表明,相较于传统扰动观测法(P&O)控制方法,在所提的SAPSO-MPPT方法下,发电功率提高了190 W,响应时间缩短了0.15 s。同时,HESS能够有效追踪母线上的需求功率,电能回收效率高达95.3%。最后,基于Y24型改装发动机台架搭建了串联复合涡轮发电系统实验平台,对所提储能优化控制策略的节油潜力进行了实验验证。结果表明,SAPSO-MPPT+HESS储能优化策略能够有效提高排气能量回收效率,优化后系统总热效率比原发动机提高了提高0.53个百分点。

基于遗传算法的电动汽车HESS功率优化分配

针对电动汽车锂离子电池和超级电容的混合储能系统不同工作模式的功率最优分配困难的问题,提出基于遗传算法的混合储能系统能量功率的最优分配策略。对储能系统的不同工作模式进行分类管理,建立能量管理系统输出功率与需求功率误差最小的目标函数。采用遗传算法求解目标函数,获得锂离子电池和超级电容的出力系数,进而优化功率分配。最后,搭建混合储能系统仿真模型和实验台进行仿真和实验,结果表明,在EUDS和UDDS路况下,与传统滞环控制相比,采用遗传算法优化的能量管理总损耗降低1.2%和0.9%。

基于事件触发的直流微电网无差拍预测控制

针对光伏(Photovoltaic, PV)-电池-超级电容直流微电网系统中光伏发电间歇性造成的功率失配问题,提出一种基于事件触发的无差拍预测控制(Event-triggered deadbeat predictive control, ETDPC)方法,以实现有效的能量管理. ETDPC方法结合事件触发控制策略和无差拍预测控制策略(Deadbeat predictive control, DPC)的优点,根据微电网的拓扑结构构建状态空间模型,用于设计适用于微电网能量管理的触发条件:当ETDPC的触发条件满足时, ETDPC中无差拍预测控制模块被激活,可以在一个控制周期内产生最优控制信号,实现对于扰动的快速响应,减小母线电压纹波;当系统状态不满足ETDPC中的触发条件时,无差拍预测控制模块被挂起,从而消除非必要运算,以减轻实现能量管理的运算负担.因此,对于电池-超级电容器混合储能系统(Hybrid energy storage system, HESS), ETDPC能够缓解间歇性光伏发电与负荷需求之间的功率失衡,以稳定母线电压.最后,数字仿真和硬件在环(Hardware-in-loop, HIL)实验结果表明,相较于传统无差拍控制方法,运算负担减小了50.63%,母线电压纹波小于0.73%,验证了ETDPC方法的有效性与性能优势,为直流微电网的能量管理提供了一种参考.

燃料电池船舶复合供能系统控制策略设计与仿真

针对燃料电池船舶复合供能系统中的燃料电池功率波动问题和储能单元电池荷电状态(State of Charge, SOC)极端分化问题,依据系统拓扑结构,提出基于负载功率频率分解与模糊逻辑控制法相结合的复合供能系统控制策略设计。采用实例仿真验证该设计的优势。结果表明,该设计可有效保持燃料电池输出功率平滑,对储能单元SOC具有良好的均衡控制效果。

基于SOC实时反馈的HESS平抑光伏功率波动策略

采用铅酸电池和超级电容器构成的混合储能系统(HESS)平抑光伏功率波动,并根据铅酸电池与超级电容器特性的不同,提出基于小波包分解的HESS控制策略,实现原始功率的初级分配。针对上述分量波动大、正负变化频繁的问题,采用模糊控制对储能装置的功率参考指令进行修正。基于卡尔曼滤波实时监测储能装置的荷电状态(SOC),合理控制储能装置的充放电,延长储能装置使用寿命。在Matlab/Simulink中搭建光伏混合储能系统仿真模型,对提出的协调控制策略进行仿真验证。仿真结果表明,所提协调控制策略可行。

Realization and Analysis of Good Fuel Economy and Kinetic Performance of a Low-cost Hybrid Electric Vehicle

By using high-power and high-efficiency propulsion systems,current hybrid electric vehicles（HEVs） in market can achieve excellent fuel economy and kinetic performance.However,it is the cost of current HEVs that hinders HEVs coming into widespread use.A novel hybrid electric propulsion system is designed to balance HEV cost and performance for developing markets.A battery/supercapacitor-based hybrid energy storage system（HESS） is used to improve energy conversion efficiency and reduce battery size and cost.An all-in-one-controller（AIOC） which integrates engine electronic control unit（ECU）,motor ECU,and HESS management system is developed to save materials and energy,and reduce the influence of distribution parameters on circuit.As for the powertrain configuration,four schemes are presented：belt-driven starter generator（BSG） scheme,four-wheel drive HEV scheme,full HEV scheme,and ranger-extender electric vehicle（EV） scheme.Component selection and parameter matching for the propulsion system are performed,and an energy management strategy is developed based on powertrain configuration and selected components.Forward-facing simulation models are built,comprehending the control strategy based on the optimal engine torque for the low-cost hybrid electric propulsion system.Co-simulation of AVL CRUISE and Matlab/Simulink is presented and the best scheme is selected.The simulation results indicate that,for the best design,fuel consumption in urban driving condition is 4.11 L/（100 km） and 0-50 km/h accelerating time is 10.95 s.The proposed research can realize low-cost concept for HEV while achieving satisfactory fuel economy and kinetic performance,and help to improve commercialization of HEVs.

一种基于低通滤波算法的车用HESS功率分配控制策略

在混合动力汽车行驶中,为了能让车载超级电容有效地为蓄电池提供能量缓冲,其荷电状态(SOC)需保持在一个安全范围内,以防止电容过充或能量不足。针对这一问题,基于车载超级电容的工作特性,改进了传统的车用混合储能系统滤波分配法,舍弃算法逻辑复杂、参数设计困难的逻辑门控制,使用简单的PI控制实现了电动汽车运行过程中超级电容电量的自保持,并通过基于TMS320F2812控制的混合储能装置和基于半实物仿真的永磁同步电机试验平台对所提出的方法进行了试验验证。结果表明,该方法在超级电容提供负载峰值功率,达到对蓄电池“削峰填谷”目标的同时,又使其稳态电压保持在一个稳定值,满足混合动力汽车对于车载超级电容的能量回收要求。

Comparison of the topologies for a hybrid energy-storage system of electric vehicles via a novel optimization method

The combination of batteries and ultracapacitors has become an effective solution to satisfy the requirements of high power density and high energy density for the energy-storage system of electric vehicles.Three aspects of such combination efforts were considered for evaluating the four types of hybrid energy-storage system(HESS)topologies.First,a novel optimization framework was proposed and implemented to optimize the voltage level of a battery pack and an ultracapacitor pack for the four types of HESS topologies.During the optimization process,the dynamic programming(DP)algorithm was iteratively applied to determine the optimal control actions.The simulation results with DP were used to evaluate the energy efficiency of different HESS topologies at different voltage levels.Second,the optimized voltage level of the battery and ultracapacitor in each topology indicates that a higher voltage level usually results in a better system performance.The simulation results also illustrate that the optimized rated voltage level of the battery pack is approximately 499.5 V,while for the ultracapacitor pack,the optimized voltage level is at its maximum allowed value.Note that the constraint of the battery voltage is initialized at200–600 V.Third,the control rules for different HESS topologies were obtained through the systematic analysis of the simulation results.In addition,advantages and disadvantages of the four topologies were summarized through evaluation of the efficiency and operating currents of the batteries and the ultracapacitor.

一种适用于混合储能系统的控制策略

为最大化地降低可再生能源输出功率的波动程度,优化混合储能系统的运行,采用时间常数随储能系统荷电状态变化的低通滤波算法确定目标功率值;根据蓄电池和超级电容的荷电状态,采用模糊控制理论将超出目标值的功率偏差在两种储能介质之间进行分配;当超级电容电量充足时,由其独立补偿功率偏差值,以减少蓄电池的充放电次数。算例分析表明,所提控制策略能够有效地平抑可再生能源功率波动,避免储能介质出现荷电状态越限现象,达到延长蓄电池使用寿命的目的。

基于虚拟同步电机技术的混合储能平抑微网频率波动策略研究

由锂电池和超级电容器组成的混合储能系统(HESS)具有响应快速、短时吞吐功率能力强的优点,可以很好地作为电网的分布式储能设备补偿电网频率波动。提出在储能单元体系优化匹配下,基于荷电状态(SOC)反馈的自学习平滑储能控制策略,自主归纳更新混合储能的控制规则,利用虚拟同步电机(VSG)技术来解决可再生能源功率波动引起的电网频率偏移问题。最后,在Matlab/Simulink中建立了光储微网模型。通过仿真验证了配置混合储能单元的VSG能有效模拟出同步电机的转动惯量与一次调频特性,提高了并网系统的稳定性。

适用于风电功率调控的复合储能系统及其控制策略

复合储能系统能够发挥不同储能方式的优势,有效提高储能系统的综合性能。针对并网风电功率调控目标,考虑不同储能方式的特性,构建一种基于蓄电池和飞轮储能的复合储能系统结构和数学模型,并重点研究其控制策略。通过合理设计中央管理层的控制策略,可以保障复合储能系统安全稳定运行,并对其吞吐功率进行优化,从而能够提高风电功率的调控效果;对于储能单元控制器,提出了蓄电池的功率和能量两种激活模式,并结合多模态电流滞环控制方法,实现功率在复合储能系统的各储能单元间合理流动。仿真结果表明,所提复合储能系统及其控制策略是可行有效的。

基于Bloch球面的量子遗传算法的混合储能系统容量配置

风电功率波动对电网造成不容忽视的影响。风电并网处加入混合储能系统可有效降低风电对电网的影响。首先,有效地分解风电有功功率,得到混合储能系统需平抑的波动功率;然后,在电池及超级电容器荷电状态、额定功率及充放电时间的允许范围内实现超级电容器优先充放电的协调控制方式;最后,应用映射于Bloch球面的量子遗传算法,确定满足混合储能系统技术要求及工程指标的混合储能系统配置方案,使混合储能系统成本最低。算例分析证明了在监测荷电状态等约束条件下,优先超级电容器充放电控制方式的有效性及Bloch球面量子遗传算法配置混合储能系统方法的合理性。

微电网中混合储能技术应用前景的探讨

由于微电网中的微电源和负载具有的波动性和随机性,储能装置是维持微电网安全可靠运行、改善电能质量的关键。分析了超级电容与蓄电池混合储能系统维持微电网的稳定运行适用性,以及当今国内外含混合储能装置的微电网示例。分析比较了几种适合的系统结构和充放电电路,提出了采用F28M35作为中央控制芯片来控制混合储能系统。在Matlab中搭建了仿真模型,验证了所提出的混合储能系统应用于微电网的可行性。

采用自适应小波包分解的混合储能平抑风电波动控制策略

采用蓄电池和超级电容构建混合储能系统以平抑风电场输出功率波动,实现风电平滑并网。首先,针对不同风电出力场景下风电功率的波动特性,结合风电并网波动标准和混合储能系统性能特点,实现风电功率的自适应小波包分解和储能初级功率分配,得到风电并网功率和混合储能初级功率指令;其次,在混合储能系统内部,根据超级电容的荷电状态,利用模糊优化控制对蓄电池和超级电容的功率指令进行二次修正,得到优化后的混合储能功率分配指令。算例分析表明,所提策略能够自适应地实现风电功率的最优分解和合理分配,确保混合储能荷电状态工作在合理区间,有效改善风电输出功率波动平抑效果,保证混合储能系统长期稳定运行。

低速电动汽车混合能源存储系统效率分析

利用超级电容的高功率密度特性和磷酸铁锂电池的高能量密度特性,设计了低速电动车主动并联混合储能系统方案.采用实验方法分析磷酸铁锂电池的效率,并通过理论公式分析了双向直流功率变换器的效率.探讨了将超级电容和磷酸铁锂电池结合使用,结果发现,采用双向直流变换器的混合能量存储系统能提高效率.通过实验验证,双向直流变换器的实际效率为90.5%,接近理论公式计算得到的效率91.6%.

直流微网中混合储能系统的无互联通信网络功率分配策略

直流微网中通常采用混合储能系统作为缓冲环节,对分布式能源和负载引起的不同时间尺度功率波动进行补偿。为实现功率在能量密度型储能元件和功率密度型储能元件之间合理分配,提出无互联通信网络的分层控制策略。其中,底层控制以电压变化率作为虚构的信息载体,通过设置不同储能接口变换器输出电压关于功率的"灵敏度",确保超级电容在负载突变瞬间能够提供大部分功率;二次控制对底层控制产生的稳态误差进行补偿,以实现输出电压稳定,并保证超级电容稳态电流为零。在此控制框架下,各储能单元仅需本地信号即可实现自主协调运行,避免了互联通信网络所带来的经济性和可靠性问题。最后,实验结果验证所提方法的可行性和有效性。

基于风电功率预测的复合储能超前优化控制策略

超短期风电功率预测的可靠性及精度均逐步提升,文中将其引入风电场复合储能系统(HESS)控制过程,并利用预测功率信息提出了HESS超前优化控制策略。通过相邻充放电区间时长的概率分布统计,确定预测信息的时长区间,并将其作为优化控制策略中的超前控制时间区间;通过分析影响HESS运行效率的主要约束,构建了高效的HESS充放电控制策略;以荷电状态偏移方差最小为目标函数,构建HESS各存储介质同步启动情况下的优化控制模型,并考虑充放电功率和容量限值约束,获取未来时间区间HESS介质的充放电功率控制模式;最后,给出了求解算法和实现步骤。以实际风电场运行数据进行算例分析,计算结果表明本文所提方法可有效实现HESS的高效控制,具有一定实际应用价值。

平抑光伏并网功率波动的混合储能系统优化调度策略

提出了一种光伏(PV)的最大功率跟踪工作点控制和混合储能系统(HESS)协调平抑光伏并网功率波动策略,通过PV和HESS间的密切配合,能有效将PV并网功率波动抑制在电网可接受范围内。采用了多目标非线性约束模型对HESS中电池和超级电容的充放电功率进行优化调度,调度过程中充分考虑了HESS的寿命、偏离校正以及充放电效率;给出了基于滑动平均算法的PV的最大功率跟踪工作点动态控制方法。此外,采用K均值聚类算法构建了3种典型的PV功率波动场景,对所提策略和利用HESS平抑PV功率波动的传统策略进行了对比分析,结果表明:所提策略既能取得良好的平抑PV功率波动效果,还能降低HESS的运行损耗、延长其使用寿命。

基于风光互补微电网的复合储能控制策略

针对风光互补发电系统并网功率波动问题,在考虑平抑功率波动对储能性能需求的基础上,将蓄电池和超级电容器组成复合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)应用到风光互补微电网中,并提出了复合储能的能量管理和控制策略。能量管理方面,遵循超级电容器优先工作原则,通过判断超级电容器端电压大小来决定复合储能的工作方式;超级电容器用来平抑风光发电并网波动功率的高频部分,蓄电池平抑低频部分,进而减少蓄电池的充放电次数,延长其使用寿命;控制策略方面,蓄电池的双向DC/DC变换器采用恒功率控制,超级电容器的双向DC/DC变换器采用恒母线电压控制,保证了直流母线电压的稳定,实现了复合储能的双向充放电控制。最后,利用PSCAD软件搭建了含复合储能的风光互补微电网仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的有效性和正确性。