一种带能量均衡的混合储能系统设计与实现
这是一篇关于混合储能系统,下垂控制,功率分配,模型预测控制,能量均衡的论文, 主要内容为新能源发展迅速,带动了储能技术的发展。由于单一电化学储能无法同时兼顾功率密度、能量密度两方面需求,因此,多种电化学储能结合而形成的混合储能系统具有更全面的性能。在电化学混合储能系统中,根据不同的储能特性进行功率分配可以延长系统寿命,但是各储能介质的能量状态严重失衡会引起功率分配控制的失效,而能量均衡技术通过对储能系统内部能量流动进行动态调整,以保证各储能介质的剩余能量处于平衡状态,从而有效地进行功率分配。论文总结了国内外混合储能系统的研究现状,对比分析了各个混合储能系统的优缺点,详细分析了功率分配控制方法、能量均衡技术。论文基于分布式控制结构的混合储能系统,提出了完整的功率分配和能量均衡控制实现方案,搭建实验样机验证了该方案的有效性。论文采用超级电容-电池混合储能系统结构,主要研究工作如下:(1)针对高频功率流经电池会缩短其寿命的问题,论文提出了基于高通滤波器和低通滤波器的下垂控制方法,将超级电容对应的变换器输出阻抗校正为低通滤波器形式,同时将电池组对应的变换器输出阻抗校正为高通滤波器形式。从而实现超级电容处理高频功率而电池组处理低频功率的控制效果。(2)各储能单元剩余能量的不一致性会带来可利用容量下降、系统整体寿命下降、内阻增大等问题。针对上述问题,论文引入基于模型预测控制的均衡技术,提出在模型预测控制中加入超级电容的荷电状态(SOC)作为控制目标,由此构成基于能量传输效率-均衡时间-超级电容SOC的代价函数。在动态均衡过程中,将超级电容的SOC保持在一定范围,确保超级电容持续稳定工作,同时实现了电池组的剩余能量一致性。(3)搭建了由七节电池和超级电容构成的混合储能系统实验样机,验证了在负载切换情况下的功率分配控制、能量均衡实验效果。结果表明,基于分布式控制结构的混合储能系统,在负载扰动情况下满足快速、高效、可持续性的要求。
风力发电混合储能的数据管理及分析
这是一篇关于混合储能系统,数据管理系统,容量配置优化,粒子群算法,AES的论文, 主要内容为随着经济的高速发展,国家对节能减排十分重视,大力发展新能源势在必行,对新能源的研究很有必要,本文主要针对风力发电混合储能的数据管理、性能以及容量配置进行了研究。本文主要完成三个方面的研究工作:首先,基于开源框架Hibernate和Struts2组合的J2EE分层架构,采用JavaBean、Servlet和JSP以及MySQL数据库对风力发电混合储能数据管理系统进行了设计,并采用AES技术对数据进行了加密,系统不仅实现了对数据的有效管理,而且用户只需要通过浏览器访问就可以实现对数据的管理操作。其次,依据风力发电机的特性分析结果,结合蓄电池超级电容器的特点,提出了蓄电池超级电容器混合储能系统,建立了蓄电池超级电容器直接并联和加入电感并联的等效电路模型,并在负载功率脉动时,依据数据管理系统提供的数据和实时采集的数据,分别对这两种等效模型进行了分析,结果表明,加入电感并联的混合储能系统不仅使系统的输出功率的能力得到了改善,优化了蓄电池放电的过程,而且使系统的可靠性得到了提高;最后,通过详细分析混合储能系统的容量配置优化策略,确定了容量配置优化的约束条件,并依据其约束条件和数据管理系统提供的数据,以风力发电蓄电池超级电容器混合储能系统的全生命周期成本作为优化目标,利用标准粒子群算法、权重改进的粒子群算法和加速度因子改进的粒子群算法分别对其优化目标进行了求解,求解图和求解结果表明,与标准粒子群算法、权重改进的粒子群算法相比,加速度因子改进的粒子群优化算法的优化效果更加明显,不仅使迭加的收敛速度更快,而且使生命周期费用更少。实验和实用表明,本文提出的数据管理系统的设计和利用粒子群优化算法进行的容量配置优化,达到了数据管理和配置优化的要求,满足了设计的需要,具有实际的应用价值。
分布式储能的控制策略与电网频率特性提升方法研究
这是一篇关于新能源,系统频率响应,直流微电网,虚拟同步发电机,混合储能系统,虚拟直流发电机,惯量空间分布,储能容量配置的论文, 主要内容为随着智能电网的快速发展以及风电、光伏等新能源通过电力电子装置大量接入电网,给电网的频率特性带来巨大挑战。与此同时,分布式储能技术以混合储能的形式在直流微电网领域发展迅速,为适用于提高电网频率稳定性创造了可能。本文以提高电网频率特性和维持直流微电网内部稳定为研究目标,以直流微电网的混合储能系统为研究对象,基于微电网系统两级控制,在直流侧提出具有功率分配的虚拟直流电机-模型预测联合控制,交流侧采用虚拟同步发电机控制模拟同步发电机惯性阻尼特性,进一步地基于节点等效惯性时间常数对电网惯量空间分布特性进行评估后为电网提供惯量支撑。主要研究成果如下:首先,在分析电力系统的频率特性的基础上,建立了计及新能源的系统频率响应模型,能够直观地看到新能源高渗透率对电网带来的负面影响。在此基础上介绍分布式电源以基于混合储能系统的直流微电网的方式接入电网的拓扑结构以及数学模型,对直流微电网交流侧的虚拟同步发电机控制的理论模型与控制方法进行了研究,通过建立并网小信号模型改进系统频率响应模型,为提高系统惯量水平的措施提供了理论基础和研究思路。最后设计一种基于虚拟同步发电机的虚拟功率预同步控制策略,减小直流微电网在并网时对电网造成的影响。其次,针对电网调频过程和分布式电源功率波动时直流微电网内部电压失稳以及混合储能系统能量管理的问题,引入了虚拟直流电机控制策略,通过探究其工作机理得到直流测电压与交流侧频率之间的联系;基于控制系统的小信号模型分析控制参数对系统稳定性的影响,并加入了考虑荷电状态的变系数低通滤波环节,能够有效控制各储能装置的充放电深度;然后,在电流内环引入了考虑直流母线电压反馈的模型预测控制,能进一步提高系统动态响应速度和增加系统鲁棒性。最后通过仿真验证控制策略的有效性和正确性。再次,对电力系统的惯性特征进行了研究,定义了节点等效惯性时间常数,通过介绍基于同步相量测量单元与基于频率-功率分布特性量化了电力系统惯量空间分布特性的方法;进一步提出基于熵权法的新能源并网选址评估指标,量化新能源替代不同发电机节点对系统的影响。随后建立储能系统出力与电网频率波动之间的小信号模型,得到直流微电网的等效惯性时间常数以及储能装置的容量配置方法,对惯量薄弱点进行针对性的惯量支撑,有效地提高系统的频率稳定性。最后,搭建了基于分布式储能控制器的直流微电网系统实验平台,对本文所提的混合储能系统稳压与功率分配控制策略进行了实测,验证所提策略的有效性。
分布式储能的控制策略与电网频率特性提升方法研究
这是一篇关于新能源,系统频率响应,直流微电网,虚拟同步发电机,混合储能系统,虚拟直流发电机,惯量空间分布,储能容量配置的论文, 主要内容为随着智能电网的快速发展以及风电、光伏等新能源通过电力电子装置大量接入电网,给电网的频率特性带来巨大挑战。与此同时,分布式储能技术以混合储能的形式在直流微电网领域发展迅速,为适用于提高电网频率稳定性创造了可能。本文以提高电网频率特性和维持直流微电网内部稳定为研究目标,以直流微电网的混合储能系统为研究对象,基于微电网系统两级控制,在直流侧提出具有功率分配的虚拟直流电机-模型预测联合控制,交流侧采用虚拟同步发电机控制模拟同步发电机惯性阻尼特性,进一步地基于节点等效惯性时间常数对电网惯量空间分布特性进行评估后为电网提供惯量支撑。主要研究成果如下:首先,在分析电力系统的频率特性的基础上,建立了计及新能源的系统频率响应模型,能够直观地看到新能源高渗透率对电网带来的负面影响。在此基础上介绍分布式电源以基于混合储能系统的直流微电网的方式接入电网的拓扑结构以及数学模型,对直流微电网交流侧的虚拟同步发电机控制的理论模型与控制方法进行了研究,通过建立并网小信号模型改进系统频率响应模型,为提高系统惯量水平的措施提供了理论基础和研究思路。最后设计一种基于虚拟同步发电机的虚拟功率预同步控制策略,减小直流微电网在并网时对电网造成的影响。其次,针对电网调频过程和分布式电源功率波动时直流微电网内部电压失稳以及混合储能系统能量管理的问题,引入了虚拟直流电机控制策略,通过探究其工作机理得到直流测电压与交流侧频率之间的联系;基于控制系统的小信号模型分析控制参数对系统稳定性的影响,并加入了考虑荷电状态的变系数低通滤波环节,能够有效控制各储能装置的充放电深度;然后,在电流内环引入了考虑直流母线电压反馈的模型预测控制,能进一步提高系统动态响应速度和增加系统鲁棒性。最后通过仿真验证控制策略的有效性和正确性。再次,对电力系统的惯性特征进行了研究,定义了节点等效惯性时间常数,通过介绍基于同步相量测量单元与基于频率-功率分布特性量化了电力系统惯量空间分布特性的方法;进一步提出基于熵权法的新能源并网选址评估指标,量化新能源替代不同发电机节点对系统的影响。随后建立储能系统出力与电网频率波动之间的小信号模型,得到直流微电网的等效惯性时间常数以及储能装置的容量配置方法,对惯量薄弱点进行针对性的惯量支撑,有效地提高系统的频率稳定性。最后,搭建了基于分布式储能控制器的直流微电网系统实验平台,对本文所提的混合储能系统稳压与功率分配控制策略进行了实测,验证所提策略的有效性。
风力发电混合储能的数据管理及分析
这是一篇关于混合储能系统,数据管理系统,容量配置优化,粒子群算法,AES的论文, 主要内容为随着经济的高速发展,国家对节能减排十分重视,大力发展新能源势在必行,对新能源的研究很有必要,本文主要针对风力发电混合储能的数据管理、性能以及容量配置进行了研究。本文主要完成三个方面的研究工作:首先,基于开源框架Hibernate和Struts2组合的J2EE分层架构,采用JavaBean、Servlet和JSP以及MySQL数据库对风力发电混合储能数据管理系统进行了设计,并采用AES技术对数据进行了加密,系统不仅实现了对数据的有效管理,而且用户只需要通过浏览器访问就可以实现对数据的管理操作。其次,依据风力发电机的特性分析结果,结合蓄电池超级电容器的特点,提出了蓄电池超级电容器混合储能系统,建立了蓄电池超级电容器直接并联和加入电感并联的等效电路模型,并在负载功率脉动时,依据数据管理系统提供的数据和实时采集的数据,分别对这两种等效模型进行了分析,结果表明,加入电感并联的混合储能系统不仅使系统的输出功率的能力得到了改善,优化了蓄电池放电的过程,而且使系统的可靠性得到了提高;最后,通过详细分析混合储能系统的容量配置优化策略,确定了容量配置优化的约束条件,并依据其约束条件和数据管理系统提供的数据,以风力发电蓄电池超级电容器混合储能系统的全生命周期成本作为优化目标,利用标准粒子群算法、权重改进的粒子群算法和加速度因子改进的粒子群算法分别对其优化目标进行了求解,求解图和求解结果表明,与标准粒子群算法、权重改进的粒子群算法相比,加速度因子改进的粒子群优化算法的优化效果更加明显,不仅使迭加的收敛速度更快,而且使生命周期费用更少。实验和实用表明,本文提出的数据管理系统的设计和利用粒子群优化算法进行的容量配置优化,达到了数据管理和配置优化的要求,满足了设计的需要,具有实际的应用价值。
电动汽车混合储能系统能量管理策略的研究
这是一篇关于双向全桥LLC谐振变换器,混合储能系统,能量管理策略,小信号模型的论文, 主要内容为随着环境污染和能源短缺的加剧,电动汽车作为新能源汽车受到广泛的关注。然而,传统的电动汽车只采用蓄电池等单一储能元件,存在功率输出慢、加速缓慢、能量浪费等问题。与传统的单一储能元件相比,由超级电容与蓄电池组成的混合储能系统具有能量利用率高、动力性能好、使用寿命长等优点,其成为近年来电动汽车领域研究的热点之一。但是混合储能系统中的蓄电池和超级电容具有不同的特点和性能,如何合理分配储能元件的功率输出,实现对不同储能元件的能量管理和控制,提高整个系统的能量利用效率,成为当前亟需解决的问题。本文以电动汽车混合储能系统能量管理策略为研究对象,探究混合储能系统在能量管理方面的优化策略。首先,通过分析常用混合储能系统的结构和LLC谐振变换器的工作原理,设计了基于单向/双向全桥LLC谐振变换器的混合储能系统全主动式电路拓扑结构。其次,参照某款电动汽车性能参数指标,对混合储能系统的单向/双向全桥LLC谐振变换器的谐振参数进行了计算,研究了全桥LLC谐振变换器的小信号模型及控制器设计方法,确定了控制参数,并进行了仿真验证。再次,设计了基于规则的混合储能系统能量管理策略,依据所要实现的能量流动方式,对其具体工作模式进行了划分,并在MATLAB/Simulink上完成了对单一工作模式的仿真以及不同模式之间自动切换的仿真。最后搭建了基于TMS320F28335数字芯片控制的单向/双向全桥LLC谐振变换器混合储能系统平台,对本文所设计的单向/双向全桥LLC谐振变换器控制方案以及所提出的基于规则的能量管理策略进行了实验验证。实验结果表明单向/双向全桥LLC谐振变换器参数设计合理,可在各种工作模式下实现对系统的有效控制,并能够按照所提出的能量管理策略有效地控制混合储能系统的能量流动,进一步优化了混合储能系统的性能。
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