基于双向半桥LLC谐振变换器的退役电池组均衡方法

退役电池在储能应用过程中,由于其较大的不一致性问题会导致退役电池组出现过充或过放现象,从而限制电池组整体的容量甚至引起热失控,造成安全隐患。针对以上问题,设计一种基于双向半桥LLC谐振变换器的有源均衡电路。该均衡电路通过开关阵列与隔离型双向半桥LLC谐振变换器的相互配合,能够实现单体电池与电池组整体之间的能量传递,使退役电池组中各单体电池达到能量平衡。另外,为进一步提高均衡器的均衡速度及精度,提出一种联合电压与荷电状态(SOC)共同作为均衡变量的多状态均衡控制策略。依据电池组当前不同的能量状态,在电池组静置、充电及放电3种不同状态下,分别采用不同的均衡变量以及对应的均衡策略,从而实现电池组的快速均衡。最后,通过搭建小型的均衡实验样机对6节串联电池进行均衡实验,实验结果表明,所提均衡方法具有较快的均衡速度及较好的均衡效果。

多期构造应力控制走滑断控储层发育机理与差异性研究——以塔里木盆地顺北地区为例

塔里木盆地顺北油气田发育典型走滑断控缝洞型储层。区别于受原始沉积相带控制的基质孔洞、受岩溶改造的洞穴等储集类型,走滑断控缝洞型储层的形成主要受断裂活动期构造应力导致的破裂作用控制。为研究走滑断裂多期活动背景下构造应力控制的断控储层发育机理与分布规律,综合应用野外、岩心、测录井、地震及钻井动态等资料,开展不同走滑断裂、同一走滑断裂沿走向不同部位、垂向不同层系断控储层发育特征表征,并结合应力场数值模拟手段开展多期构造应力恢复,预测断控储层发育的主要时期与分布规律。结果表明,走滑断裂活动期不同分段内部应力状态差异显著,其中拉分段内部以张应力为主,主要派生张性裂缝;压隆段内部以挤压应力为主,派生裂缝类型多样。顺北地区勘探目的层奥陶系一间房组顶面断控裂缝主要在加里东中期Ⅲ幕及加里东晚期—海西早期发育,海西中—晚期及之后裂缝基本不发育,且滑移距大的顺北18号断裂带较顺北1号断裂带派生裂缝开度、密度更高。走滑断控储层具有“簇状”结构特征,断裂活动期不同分段内部应力状态控制储层结构差异,拉分段“空腔”多,以“双簇”结构为主,核带规模大,压隆段核带结构多,以“多簇”结构为主,分割性强;走滑断裂活动期应力强度控制储集空间类型与规模,小型断裂储集空间以裂缝为主,大型断裂带发育核带结构,断控储层规模与断裂活动强度呈正相关关系;断控裂缝发育主要受断裂早期活动控制,晚期由于地层埋深增大,岩石不易破裂,新派生裂缝发育较少。

State Space Model Predictive Control of an Aerothermic Process with Actuators Constraints

This paper investigates State Space Model Predictive Control (SSMPC) of an aerothermic process. It is a pilot scale heating and ventilation system equipped with a heater grid and a centrifugal blower, fully connected through a data acquisition system for real time control. The interaction between the process variables is shown to be challenging for single variable controllers, therefore multi-variable control is worth considering. A multi-variable state space model is obtained from on-line experimental data. The controller design is translated into a Quadratic Programming (QP) problem, in which a cost function subject to actuators linear inequality constraints is minimized. The outcome of the experimental results is that the main control objectives, such as set-point tracking and perturbations rejection under actuators constraints, are well achieved for both controlled variables simultaneously.

虚拟电厂下灵活资源多时间尺度调频控制

随着能源结构转型的推进,可再生能源的使用逐渐增加,仅依靠传统机组调节频率偏差难以满足需求。因此,为了解决此问题,考虑利用分布式资源(DR)参与调频辅助服务,DR主要考虑空调、电动汽车充电桩以及储能。首先,考虑了DR的特性和满意度评价方法;然后,基于状态势博弈理论对DR进行协调控制,将DR集中起来使其对外呈现为一个整体参与调频辅助服务;最后,通过算例仿真证明了该方案下对DR聚合并协调控制参与调频辅助服务的可行性和有效性,并对多时间尺度下储能、电动汽车充电桩以及可控负荷参与快速调频进行了验证。

储能电站锂离子电池本体安全关键技术及新技术应用情况

“双碳”目标的提出和能源电力低碳转型的持续推进,以新能源为主体的新型电力系统面临着规模化安全高效储能等能源问题的重要挑战。在这一背景下,储能电站作为能源系统中关键的组成部分,其安全管理尤为重要,直接关系到整个电力系统的稳定运行和可持续发展。针对锂离子电池本体安全管理的研究现状展开深入分析,首先,系统回顾了当前广泛应用的各类电池健康评估方法,并详细总结了数据驱动方法中健康因子的选择;其次,从基于数据碎片评估电池状态、电池边缘平台构建与储能电站智慧巡检3个方面出发,探讨了现有电池状态评估技术的最新研究热点,指出储能安全评估未来的发展方向和关键挑战;最后,总结储能电站的安全控制技术,针对计及电池参数变化的系统稳定性与储能系统多目标控制问题提出了相关见解。

考虑容量差异的多储能SOC均衡控制策略

孤岛式直流微电网系统需要配置多组DESUs,以应对不同的负荷需求和能源波动。考虑DESUs具有不同容量时,由于线路中阻抗不匹配,SOC均衡效果受到严重影响,为此,提出一种考虑不同容量的多储能SOC均衡控制策略。首先,通过含加速因子的指数函数建立SOC与下垂系数之间的关系,提升下垂系数对SOC均衡后期变化的灵敏性,实现下垂系数的自适应调节。各DESU仅通过稀疏通信网络与邻居节点交换状态信息,并采用动态一致性算法获取全局平均状态信息。设计一种多目标控制器,其能够在补偿母线电压跌落的同时实现负荷功率的准确分配,消除不匹配线阻的影响,减少控制流程,减轻系统通信负担。最后,基于MATLAB/Simulink软件搭建了仿真模型,并在各种复杂工况下证实了所提控制策略的有效性。

基于扩张状态观测器的双母管系统预测控制

双母管式机组较为广泛地应用于热电联产机组中,但由于多炉多机和2根大容量母管互相影响,导致热电负荷跟踪不及时,母管压力控制自动化水平较低。为此,针对双母管系统的非线性、强耦合、大迟延特性,设计了基于广义扩张状态观测器的多模型预测控制(generalized extended state observer based muti-model predictive control,GESOMMPC)方法。首先,建立了基于间隙度量(gap-metric)的多模型控制对象用于逼近非线性系统;其次,设计了扩张状态观测器估计系统耦合的集总扰动,并作为前馈信号输入到预测控制器中;最后,设计基于扰动前馈的多模型预测控制器实现对双母管系统的控制。实验结果表明,相对于PID方法,所提方法在满足电热负荷的同时,可以在允许范围内保持母管压力稳定,且动态偏差更小,过渡过程时间更短。

基于LADRC的柔性多状态开关平滑切换策略

为实现多端口柔性多状态开关(flexible multi-state switches,FMSS)在所连馈线发生故障时的平滑切换,该文提出一种基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)的平滑切换策略,使用LADRC代替比例积分(proportional integral,PI)控制器的直流电压外环并设计解耦状态观测器以便控制器参数调节,引入内环电流指令值反馈以减小其在控制模式切换时的变化幅度,实现FMSS控制模式的平滑切换。通过MATLAB/Simulink仿真,验证了馈线故障出现在PQ或UdcQ控制端口的连接处时,采用基于LADRC的平滑切换策略均可显著减小FMSS的直流电压偏移率,使端口有功功率过渡平滑,迅速恢复稳定,更好地实现了多端口FMSS控制模式的平滑切换。

计及调频能力和经济效益的储能集群多状态区间优化策略

可再生能源发电系统的快速增长使得电力系统的频率安全面临着挑战。针对分布式储能集群二次调频过程中所面临的问题,提出一种计及调频能力和经济效益的储能集群多状态区间优化策略。该策略依据荷电状态将所有储能单元划分为多个状态区间,再结合自动发电控制指令及各区间的极限功率确定优化区间。针对非优化区间内的单元,输出功率直接由出力优先级确定;针对优化区间内的单元,利用反映调频成本和整体荷电状态的目标函数及约束条件完成最优求解,从而确定输出功率。仿真结果表明,所提策略能大大减小控制中心的运算量,功率分配结果能有效提升储能集群的二次调频能力,同时提升储能集群的经济效益。

基于线性自抗扰控制的永磁同步电机驱动系统多源扰动抑制研究综述

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)驱动系统在多种工况运行条件下通常会受到多源扰动的影响而使其控制性能下降。线性自抗扰控制器(Linear Active Disturbance Rejection Controller, LADRC)由于参数整定简单以及不依赖于系统的数学模型在PMSM驱动系统中已经得到了广泛的应用。文中首先阐述了PMSM驱动系统中所存在的多源扰动类型,并且对部分扰动建立了数学模型;然后,分析了传统LADRC的局限性,并针对不同类型的扰动总结了近年来所提出的新型LADRC,同时给出了部分所提方法的算法表达式;最后,归纳总结了基于LADRC的PMSM驱动系统在抗扰控制中的发展趋势。

基于有限状态机的数字化加工单元管控系统研究与应用

针对加工单元在数字化管控方面存在的设备管控与采集难、数字化程度低、系统响应慢等问题,以航天企业某单元为研究对象,分析单元业务流程,提出一种静态基础数据与动态业务数据分离的单元互联互通信息架构,构建面向硬件设备的数据通信模块,以实现多源异构设备的实时采集与封装。从响应式系统设计角度,引入有限状态机开展生产调度控制策略研究,分别以机器人和工件作为调度对象进行行为建模,结合面向对象方法,设计基于事件驱动的状态机程序结构。在此基础上,通过.NET相关技术,开发了面向单元全流程数字化管控的系统软件,并在生产现场验证了其有效性与可靠性。

一类时滞多智能体系统的一致性容错控制

针对一类带有执行器故障和状态时滞的不确定多智能体系统,提出了一种分布式状态反馈一致性容错控制算法.通过模型转换的方式将原系统转换为全局跟踪误差动态模型,在此基础上,利用Lyapunov-Krasovskii泛函方法得到多智能体系统领导-跟随一致性的充分条件.为了处理执行器故障、系统不确定性和状态时滞带来的影响,利用线性矩阵不等式技术求解出反馈控制增益矩阵.通过数值仿真验证了所提控制方案的可行性.

三端口柔性多状态开关多模式平滑切换控制策略

光伏整县推进和电动汽车快速发展造成配电网末端电压偏高等电能质量问题,基于区域柔性互联的柔性多状态开关(flexible multi-state switch,FMSS)技术成为解决方案之一。针对柔性多状态开关PQ模式与VF模式间切换的波动及冲击性问题,提出在状态跟随控制器之后添加惯性环节,并改进相位预同步环节,可实现FMSS并离网工作模式的平滑切换。针对FMSS直流母线控制端的馈线故障导致系统运行崩溃问题,提出一种引入权值调节的控制策略,可实现系统稳定运行情况下,有功控制和直流母线电压控制的平滑切换。在MATLAB/Simulink环境下搭建了三端口FMSS仿真模型,对提出的控制策略进行了仿真验证,仿真结果实现了任意馈线故障下三端口FMSS无缝转供电功能。最后搭建物理实验平台,进一步验证了所提平滑切换策略的有效性。

基于多Agent的锂电池主动均衡策略控制仿真研究

【目的】针对锂电池的荷电状态均衡管理问题,提出一种基于多智能体的电池组荷电状态一致性均衡方案。【方法】首先,将多智能体控制策略引入电池管理的下垂控制中,实现了主动均衡电路拓扑下的自主均衡;其次,建立领航跟随者模型,利用参数已知的虚拟智能体使各个荷电状态不一致的电池的状态向其靠近,实现充放电模式下的荷电状态均衡;最后,对二阶多智能体荷电状态均衡控制策略进行仿真验证。【结果】实验结果表明,相比一阶均衡控制策略,自主均衡时间减少了43.02%,充电模式中均衡时间减少了16.13%,放电模式中均衡时间降低了32.90%。【结论】多智能体系统在电池的均衡管理中能够实现荷电状态的均衡,有效地降低了锂电池荷电状态到达一致性的收敛时间。

多电航空发动机发电机负载突变时的自抗扰控制研究

多电航空发动机运行过程中发电机负载突变会影响发动机转速的稳定。通过分析发动机与发电机的耦合机理,将耦合输入、观测误差积分和动态调度参数加入扩张状态观测器中,提出一种基于改进扩张状态观测器的自抗扰控制算法以抑制负载突变扰动影响。通过多工况发电机负载突变仿真,验证了耦合输入和动态调度参数改进可减小超调,观测误差积分和动态调度参数改进可缩短调节时间。相同观测器带宽下,改进后转速受扰超调至少降低68%,调节时间至少缩短46%,总扰动最大估计误差减小80%,证明了改进后的算法对发电机负载突变具有更强的抗扰能力。

具有未知增长率的一类上三角非线性多智能体系统的协同控制

基于有向领导者-追随者型的网络拓扑结构,研究了一类具有未知增长率的上三角非线性多智能体系统的协同控制问题。首先,通过引入坐标变换,将原系统转换为带有时间增益的等效系统;其次,针对标称系统进行控制器设计,获得原系统的分布式时变状态反馈控制器。所设计的控制器能够保证追随者与领导者的输出跟踪误差有界,且闭环系统所有信号有界。最后,利用仿真实例验证了控制方案的有效性。

多模式列车控制系统列车运行方向控制功能研究

目的:列车运行方向控制属于联锁系统用于防止进路敌对冲突的安全功能,针对CBTC(基于通信的列车控制)+TBTC(基于轨道电路的列车控制)多模式列车控制系统,需研究其列车运行方向控制功能。方法:分析了CBTC+TBTC系统方案下列车运行方向控制的功能需求和安全需求。为避免系统功能规范缺陷或解读错误导致的运营风险,基于功能状态机和活动图的形式化方法建立了列车运行方向控制的形式化模型,并利用SySML(系统建模语言)方法进行了功能建模。结果与结论:CBTC+TBTC多模式列车控制系统已应用于上海轨道交通2号线信号系统大修改造工程,实测结果表明:不同列控模式列车可在同一个区间中追踪运行,信号系统的安全性、可靠性和完备性得到大幅提升。由此验证了所介绍模型与方法在多模式列车控制系统设计上的有效性,能够降低引入安全缺陷的风险。

基于背靠背变流器柔性互联的微网群分层协同恢复控制策略

柔性多状态开关丰富了微网群拓扑构型的多样性,提升了其调控手段和故障恢复能力。但柔性互联方式改变了传统交流微网群的扰动传递模式,导致各微网单元间频率/电压解耦,从而给扰动下的频率/电压无差恢复及有功均分控制带来了新的难题。该文以背靠背变流器柔性互联微网群为研究对象,设计全新的集中–分布式混合的分层协同控制通信网络架构,分别基于一致性理论和功率平衡方程组推导并提出柔性互联微网群的分层协调控制策略。在该策略下,能够实现集群全网的频率/电压无差恢复和有功出力按容量比率均分的控制目标。该文分析该控制策略下柔性互联微网群的稳定性,在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,验证控制策略的有效性。

基于势函数的多机器人编队协调控制模型仿真

与单机器人相比,如果多机器人编队协调控制性能过差会导致编队队形散乱,影响多机器人编队工作效率,为了提升多机器人编队协调控制能力,提出基于势函数的多机器人编队协调控制方法。依据一致性协议构建多机器人编队数学模型,利用势函数将多机器人编队数学模型由初始散乱状态转化为领导者-跟随者状态,将状态转化后的多机器人编队数学模型与Backstepping控制器结合输出控制策略,根据控制策略的期望方位调整领航方位,避免领导型机器人的运动轨迹偏离目标运动轨迹,实现多机器人编队的协调控制。仿真结果表明,所提方法控制下编队内各机器人步调统一,队形保持情况较好,说明该方法的协调控制性能较强。

考虑多段逆流特性的纸浆洗涤过程稳态控制数学模型

纸张洗涤过程中极易受多段逆流控制参数波动影响,导致过程出现稳定性差和质量低等问题。为此设计一种考虑多段逆流特性的稳态控制数学模型。首先,通过操作模式优化概念,对多段逆流洗涤过程进行分析,将纸浆洗涤的操作参数与洗涤过程相结合,综合得出多段逆流洗涤的参数波动问题原因;其次,根据分析结果将优质、高产、低耗作为优化目标,建立纸浆洗涤过程稳态控制目标函数,设置相关约束条件,结合目标函数和约束条件构成纸浆洗涤过程稳态控制数学模型;最后,采用灰狼优化算法求解上述建立的模型,实现纸浆洗涤过程的稳态控制。实验结果表明,所提方法对纸张洗涤的整体过程进行了有效调整,通过调节黑夜波美度与残碱之间的矛盾,提升纸张洗涤过程中的稳定性,保证了纸浆洗涤的质量与产量。