基于最大净功率输出的PEMFC阴极供气系统优化控制研究

通过建立质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极供气系统数学模型,分析空气压缩机电压和背压阀开度对系统净功率输出的影响;针对负载电流变化,研究PEMFC系统对应的最优过氧比和最优阴极压力,建立最大输出净功率-过氧比-阴极压力寻优表;考虑过氧比和阴极压力之间的耦合关系,基于辨识出的传递函数矩阵,设计针对空气压缩机电压和背压阀开度的前馈解耦控制器,优化氧气供给和压力控制,并进行相应的仿真验证。结果表明,所提解耦控制器能有效减小过氧比和阴极压力之间的耦合影响,在实现最大净功率闭环控制的同时,具有更快的响应速度和更小的超调量。

光伏系统采集数据在线清洗与修复方法研究

以湖北巴东光伏电站实采数据为基础,分析了温度、辐照度、系统出力3类原始数据特征及变化特点,以融合准确率和召回率的综合指标为评价依据,提出采集数据的在线清洗与修复方法,最后以电站实采数据为例,进行数据清洗与修复的可行性验证。结果表明:根据趋势距离对变化趋势统一的温度数据进行清洗、通过设置动态阈值区间对辐照数据进行分时刻清洗,以及对独立分析困难但适宜联合分析的出力-辐照数据进行匹配度核算和清洗,均可较好地实现离群数据的筛选识别;此外,对残缺数据,根据相应清洗指标最小化原则,进行数据修复,可较好地再现缺失点的数据原貌。

光伏水泵群控系统的控制与优化调度研究

针对适用于大功率光伏扬水系统工程中的共直流母线光伏水泵群控系统,提出一种群控系统优化调度方案,使群控系统保持运行在日扬水量最优的工况下。详细阐述该群控系统的结构组成、控制原理及实现方式,并根据其结构特点建立不同转速下的并联光伏水泵系统数学模型,通过控制策略及对水泵运行数量的优化调度,实现系统扬水利用效率最大化的目标。实验结果表明,采用该群控优化方案后,系统扬水利用率得到显著提高。

光伏阵列I-V特性曲线测量误差分析与修正方法

光伏电站内光伏阵列的现场I-V测量可以评估当前系统发电性能和阵列状态,但现场的传输线路阻抗会使I-V测量产生误差,影响了评估的准确性,不利于光伏电站运维决策。该文分析测量线路阻抗和环境参数对常规动态电容I-V测量方法的影响机理,并进行仿真验证。根据误差影响机理和测量回路等效模型,提出一种双电容组合I-V特性测量方法,并研制样机进行实验验证。实验结果表明,该测量方法可有效消除线路分布参数对光伏阵列I-V测量的影响,提高测量精度。

基于模糊C均值聚类和概率神经网络的PEMFC故障诊断方法研究

为解决质子交换膜燃料电池电堆的故障分类问题,提出一种基于模糊C均值聚类和概率神经网络的故障诊断新方法。首先基于修正后的燃料电池电堆Fouquet等效电路模型,并结合电堆阻抗谱实验数据,得到电堆的正常、水淹、膜干和氧饥饿4种工作状态与电路模型参数的对应关系,进而提取合适的故障特征量作为聚类算法的特征输入。然后,利用模糊C均值聚类算法对故障样本进行聚类,形成标准聚类中心,并在此基础上,采用概率神经网络算法对故障样本实现多故障分类,有效剔除奇异数据并提高模型分类的正确率。最后,对200组实验数据进行实例分析,并与支持向量机和K最邻近方法进行对比,结果表明所提方法能对4种电堆工作状态进行快速识别,分类准确率达98.33%,验证了所提算法的有效性。

单相电机变频光伏水泵在线参数识别方法研究

太阳能光伏水泵系统在偏远缺水地区具有广泛的推广应用前景,单相异步电机水泵由于结构简单、成本低,非常适用于量大面广的户用水泵系统,单相电机的变频运行一般是拆分为两相绕组运行,针对单相电机绕组多为不对称结构的特点,提出了一种单相电机在线参数识别方法。通过对主副绕组阻值进行测量比较及输出功率波动均方差最小调节,区分单相电机主副绕组并获得两相运行SPWM平衡系数,进而确定副主绕组匝数比,实现两相电机圆形旋转磁场控制、转矩脉动最小运行。仿真分析和实验结果证实了该方法的正确性和精确性。

光伏水泵系统PWM输出滤波方法及影响分析

针对光伏水泵系统的逆变器PWM电压输出导致的共模电压、电流等现象常引起水泵电机故障的问题,在分析了PWM逆变器驱动电机系统产生共模电压、电流机理的基础上,采用滤波电容公共点接回到光伏母线侧负端的LC滤波器,使共模电压与电流得到抑制。LC滤波器使电机侧的输入状态发生改变,通过分析PWM输出LC滤波方法对感应电机控制系统的影响,对滤除参数的选取进行了优化。并对以上研究进行了实验,结果表明参数选取方法的正确及有效性。

考虑长距离输电缆特性的逆变器并网系统谐波不稳定分析及抑制

长距离输电缆(LTC)与并网逆变器交互作用易引发系统谐波不稳定的风险,且忽略线路频变特性可能会导致稳定性误判。文中计及输电线路的分布参数特性和频变特性,研究如何评估这类逆变器并网系统的稳定性。首先,基于矢量匹配法对含LTC的交流系统进行等值,同时考虑逆变器的内外环控制、锁相环、控制延时等环节,建立dq旋转坐标系下逆变器并网系统高频状态空间模型;其次,采用参与因子分析方法辨识出导致谐波不稳定的关键影响环节,并基于根轨迹方法分析了LTC频变特性、延迟时间、控制器参数、电缆长度和电网阻抗对系统稳定性的影响;再次,提出了基于参数灵敏度分析和矩阵相似变换的系统稳定性改善方法,并对改进后系统的谐波稳定性进行分析;最后,基于RT-LAB构建硬件在环实验平台进行了验证,实验结果验证了理论分析的正确性。

光伏发电双分裂变压器分布电容对逆变器直流电压的影响

兆瓦级光伏电站发电单元通常是由2台500 k W并网逆变器和1台1 MVA三相辐向双分裂升压变压器构成,而辐向升压变压器低压绕组间存在较大的分布电容,常发生2台光伏并网逆变器共同运行困难的问题。针对上述问题,对采用三相辐向升压变压器的光伏发电单元进行了等效建模,分析了变压器低压绕组间分布电容对双逆变器共同运行的影响机理。分析结果表明,并联在变压器两低压侧的2台逆变器之间存在漏电流回路,光伏发电单元中延后并网的逆变器直流母线电压升高导致双逆变器共同运行困难。通过仿真验证了机理分析的正确性。最后,提出了2种解决办法,并进行了仿真和实验验证。

考虑分布参数的光伏阵列测试仪建模及分析

光伏阵列Ⅰ-Ⅴ测试仪在现场测试时,线缆分布参数对测量过程存在干扰,为了估算分布参数对Ⅰ-Ⅴ测试仪现场测试的影响,研究和建立了考虑分布参数的动态电容充电法改进模型。从动态电容充电法公式推导出发,运用基尔霍夫定律,推导出电容电流和电容电压的关系表达式,确认了线缆电感是Ⅰ-Ⅴ测试的主要影响因素,并通过Matlab软件对其进行仿真研究,定量分析了线缆电感对动态电容充电法的影响。给出了一种利用Ⅰ-Ⅴ测试仪计算线缆电感的方法并通过仿真及实验进行验证,为Ⅰ-Ⅴ测试仪优化提供了计算依据。

单体锂电池并联光伏路灯高增益升压电路

光伏路灯电源系统一般采用单体电池串联加DC/DC变换器电路,但单体电池的一致性难以保证,且常规均衡电路均衡能力有限。为解决单体电池不均衡的问题,提出将单体电池串联方式改为并联方式,通过高增益变换器升压来满足负载电压需求。分析了钳位模式耦合电感Boost型与基于耦合电感和开关电容的Boost型高增益变换器的工作原理与特性,并进行对比研究,研制了实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。

复合能源分布式发电系统的机组组合问题

针对分布式发电的特点,提出了一种新的含多种复合能源的分布式发电系统发电成本最低的机组组合模型,并提出了一种针对分布式发电系统的调度策略,用改进的遗传算法求取在此策略下机组组合的发电费用,约束条件中不仅包含了常规机组组合问题的约束,还考虑了分布式发电系统的特殊约束,算例证明此模型和算法是可行的。

基于LESO的PMSM转子位置估算误差补偿方法

高速永磁同步电机运行中,转子位置精确与否确定了系统运行性能优劣,对于只补偿一拍滞后和零阶保持器引起的角度误差,以及通过与前馈解耦做差获得误差角进行补偿的方法,在精度和动态性等方面性能欠佳。为此,通过分析转子位置估算误差产生原因,推导出误差角的通用型数学模型,提出一种基于线性扩张状态观测器(LESO)的转子位置估算误差补偿方法。基于推导模型设计出一种可提取转子位置误差角的LESO,并采用获得的转子位置误差角进行补偿。此转子位置误差角估算考虑了不同类型非理想因素的影响,以及动态过程中电感电压项对误差角的影响,精度高、动态性好。最后搭建系统实验平台,实验结果表明所提转子位置估算误差补偿方法在精度和动态性方面具有优势。

基于HHO-FA的PEMFC电堆辨识建模

为解决质子交换膜燃料电池(PEMFC)模型参数难以确定的问题,该文提出一种基于哈里斯鹰算法(HHO)和萤火虫算法(FA)联合的优化算法,即HHO-FA算法,用于PEMFC模型的参数辨识。为提高PEMFC建模精确度,HHO-FA保留HHO中搜索效率和精度较高的全局搜索过程,局部寻优过程结合具有群体寻优特征的FA算法,同时优化负责全局搜索和局部搜索切换的转换因子,加入惯性权重因子,优化算法结构。该文使用燃料电池的商业仿真工具箱Thermolib获取算例数据,并通过与粒子群算法(PSO)、HHO算法、蚁群算法(ACO)和FA算法对比分析,对HHO-FA的PEMFC参数辨识性能进行研究。仿真结果表明,相较于PSO、HHO、ACO和FA,HHO-FA的辨识精确度和收敛效率均最高,证实所提出HHO-FA算法在PEMFC模型参数辨识方面的突出性能。

面向分布式发电系统的CIM扩展

IEC61970标准《能量管理系统应用程序接口(EMS-API)》,实现了能量管理系统中应用软件的无缝集成,但是IEC61970没有分布式发电系统的公共信息模型(CIM)。文中对原有IEC61970中的CIM进行扩展,建立了光伏发电系统、风力发电系统、燃料电池发电系统、储能系统的CIM,实现了包含分布式发电系统的完整的电网信息模型,并应用于微网能量管理系统的设计。

功率硬件在环仿真系统的建模与稳定性分析

在功率硬件在环(power hardware-in-the-loop,PHIL)仿真系统中,考虑到采样延迟和离散化误差会导致PHIL系统失稳失真,提出一种通用的PHIL系统离散域建模方法和基于离散D分割的稳定边界计算方法。和传统的连续域模型相比,该文所提出的离散域模型能反映出延时和离散化导致的PHIL仿真系统高频失稳,说明了PHIL系统可模拟实物系统的阻抗范围小于连续域模型。功率硬件在环实验证明所提的PHIL仿真系统建模方法和稳定边界计算方法的正确性,验证了仿真步长和阻抗匹配对PHIL系统稳定边界的影响,表明了现场可编辑逻辑门阵型(FPGA)小步长仿真功率硬件在环仿真可增加PHIL系统的稳定边界,扩大阻抗选择范围,有助于模拟弱网和逆变器交互特性。

低压减载相关问题研究

文章分析了低压减载防止电力系统电压崩溃的机理,比较了分散型和集中型低压切负荷方案的优缺点,并介绍了国内外使用低压减载的情况,指出如何合理地制定低压减载策略以有效地阻止电压崩溃的发生,选择低压减载的时间、地点和减载量方面应视各系统各地区的情况因地制宜。

LC并联谐振全桥直流变换器的研究

为改善开关器件的工作条件和提高变换器的传输效率,以LC并联谐振全桥直流变换器为研究对象进行变换器设计,利用输入电压、负载电流及谐振元件之间的关系,分析了变换器的工作原理及LC并联谐振的谐振过程;阐述了开关器件的软开关实现条件、电路的应用范围及控制特点,并对变换器参数进行设计;最后搭建Matlab/Simulink仿真平台及容量为5 kW的实验样机,通过仿真与实验验证了所提设计方法的正确性与可行性。

高频链DC/AC变换器有源钳位调制方法研究

基于高频链DC/AC变换器的全桥有源钳位电路可以有效解决电路中的过压和震荡问题,全桥有源钳位电路一般采用单项正弦波脉宽同步调制方式(SPWM),但该方法对驱动电路要求较高,其在脉宽较窄时,易发生脉冲丢失。针对该问题,采用了一种移相同步调制策略,钳位电路开关管的驱动均为50%的方波信号,并可以实现主电路ZVS软开关。分析了钳位电路移相同步调制策略及主电路软开关原理,仿真和实验验证了所用方法的正确性。

HIL实时仿真PWM信号等效处理方法及影响研究

实时仿真是硬件在环(HIL)仿真的特点,在实时仿真中必须采用定步长仿真。针对定步长仿真中所出现的脉宽调制(PWM)采样失真现象,提出了一种基于面积等效原理的处理方法,该方法不仅能够避免采样失真问题,而且由于可设置仿真步长等于脉冲周期,故减少了仿真的计算量,提高了实时性和精确性。在Matlab中,根据DC/DC变换电路和三相逆变电路的数学模型搭建其离散模型进行实时仿真,针对定步长仿真中出现的不同PWM采样失真现象,通过加入基于面积等效原理的处理方法,与理想状况下的连续仿真结果进行对比,最后通过实验验证了该方法在实时仿真PWM信号采样处理方面的有效性和通用性。