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超级电容储能系统在风电系统低电压穿越中的设计及应用

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中国电机工程学报 2014年第10期34卷 1528-1537页

作者：王鹏王晗张建文蔡旭韩正之上海交通大学电子信息与电气工程学院上海市闵行区200240

风电并网导则要求并网型风电机组具备低电压穿越能力,而传统基于直流母线卸荷电阻的低电压穿越方案以热能的形式消耗机组多余功率,降低机组效率,升高环境温度,增加了机组散热设计的难度。鉴于此,针对鼠笼型全功率风电变流器机组,提出一... 详细信息

风电并网导则要求并网型风电机组具备低电压穿越能力,而传统基于直流母线卸荷电阻的低电压穿越方案以热能的形式消耗机组多余功率,降低机组效率,升高环境温度,增加了机组散热设计的难度。鉴于此,针对鼠笼型全功率风电变流器机组,提出一种基于超级电容储能装置的低电压穿越方案。利用超级电容器固有的快速充放电特点,实现低电压故障过程中风电机组波动功率的控制;给出了超级电容储能装置的详细设计方案以及低电压穿越过程中网侧变流器、机侧变流器以及超级电容储能装置的协调控制方法,并对系统暂态控制中的切换问题进行详细阐述。仿真与硬件在环实验结果验证了参数设计方法及提出控制策略的正确性。

关键词：风力发电低电压穿越超级电容储能系统参数设计协调控制

超级电容储能系统在电网电压不平衡风电系统中的协调控制

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太阳能学报 2015年第12期36卷 2937-2945页

作者：王鹏王海松张建文蔡旭韩正之电气工程系风力发电研究中心上海交通大学上海200240 海洋工程国家重点实验室上海交通大学上海200240 电力电子实验示范中心上海交通大学上海200240

基于在直流母线上加装超级电容储能系统的方案,提出了基于网侧电流约束条件的协调控制策略,采用PR调节器对网侧变流器的电流信号以及直流母线上的波动功率进行控制,从而实现电网不平衡工况下直流母线电压的稳定运行。

关键词：风力发电超级电容储能系统电网电压不平衡协调控制策略

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超级电容储能系统鲁棒分数阶PID控制设计

电力建设 2021年第2期42卷 77-84页

作者：李敬航赖伟坚陈威洪李敬光杨德玲余涛广东电网有限责任公司东莞供电局广东省东莞市523000 苏州华天国科电力科技有限公司江苏省苏州市215000

针对超级电容储能系统(supercapacitor energy storage system, SCES)设计了一款鲁棒分数阶PID (robust fractional-order PID control, RFOPID)控制。首先,利用高增益扰动观测器(high-gain perturbation observer, HGPO)对SCES的非线性、未建模动态和参数不确定性所聚合的扰动进行实时快速估计。接着,该扰动由分数阶PID (fractional-order PID, FOPID)控制器进行完全补偿。所提控制器不依赖于精确的SCES模型,仅需测量dq轴电流,易于硬件实现。最后,通过3种算例对RFOPID控制的控制性能进行评估。仿真结果表明:与其他控制器相比,RFOPID控制在各种工况下均具有最佳的控制性能和最强的鲁棒性。

关键词：超级电容储能系统鲁棒分数阶PID控制扰动观测器

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超级电容储能系统动态综合等效模型

系统仿真学报 2016年第4期28卷 783-792,799页

作者：李欣然徐婷婷谭绍杰程兴婷曾小军湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082

超级电容(Super Capacitor,SC)作为一种高功率型储能设备,其在电力系统中参与微网储能、电网二次调频、削峰填谷是当下研究的热点。构建了适用于并网仿真的超级电容二阶单体模型,并采用超级电容实物在恒电流和恒功率2种模式下的充放电数... 详细信息

超级电容(Super Capacitor,SC)作为一种高功率型储能设备,其在电力系统中参与微网储能、电网二次调频、削峰填谷是当下研究的热点。构建了适用于并网仿真的超级电容二阶单体模型,并采用超级电容实物在恒电流和恒功率2种模式下的充放电数据,基于遗传算法对模型进行了参数辨识。采用所建立的超级电容并网二阶模型,在Simulink/Matlab仿真平台中构建了超级电容储能系统。将超级电容储能系统接入4节点电网仿真系统,通过对电网仿真系统进行稳态和暂态分析,提出了超级电容储能系统的动态综合等效模型,并采用遗传算法进行了参数辨识。通过联合仿真,结果表明动态综合等效模型具有良好的描述能力、参数稳定性和适用性。

关键词：超级电容储能系统单体建模参数辨识负荷动态建模遗传算法

超级电容储能系统并网逆变器的新型双闭环线性自抗扰控制

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超级电容储能系统并网逆变器的新型双闭环线性自抗扰控制

作者：杨路勇天津理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着工业的迅速发展,能源制度的改革与创新也逐渐成为我国科技、经济发展的支撑力量。现阶段,尤其是对可再生能源的发展已成为能源领域研究的焦点,这种可以循环利用,并且清洁无污染的能源正在不断的投入市场并被广泛应用。超级... 详细信息

近年来,随着工业的迅速发展,能源制度的改革与创新也逐渐成为我国科技、经济发展的支撑力量。现阶段,尤其是对可再生能源的发展已成为能源领域研究的焦点,这种可以循环利用,并且清洁无污染的能源正在不断的投入市场并被广泛应用。超级电容近年来在各行各业中都发展比较迅速,是一种应用比较普遍的储能装置,具有充放电速率快、无污染等诸多优点。尤其是在新能源并网领域中的应用相当广泛,因此为保证储能系统并网后的稳定运行,针对储能并网逆变器进行控制策略的研究与设计、提高其故障穿越能力已成为能源高效利用方面的一个重要选择。本文首先详细介绍了超级电容器的研究背景、意义,并对其并网的国内外研究发展现状进行了分类阐述。其次,介绍了超级电容储能系统的并网结构,针对并网逆变器在三相静止和两相旋转坐标系下的数学模型进行了理论分析和结构设计,并通过模型分析设计出了本文储能并网逆变器的实际控制结构图。此外,通过能量守恒定律分析了储能系统侧、并网侧在稳定和故障条件下直流侧母线电压的暂态特性。由于储能系统是一个强非线性、强耦合、易受网侧电压波动影响的复杂系统,为提高其并网的稳态性能,本文以直流侧母线电压的波动为控制目标,在分析传统线性自抗扰控制器（LADRC）性能的基础上,提出了一种基于比例微分控制的新型LADRC。然后,针对新型线性扩张状态观测器（LESO）相位滞后严重、对高频噪声抑制能力较弱的问题,本文又设计了带超前滞后校正环节的改进型LESO,以此提出了一种改进型的双闭环LADRC策略,相比于传统LADRC,改进型LADRC大大提高了储能系统并网时直流侧母线电压的稳态性能。最后,本文以超级电容储能并网逆变器为研究对象,以直流侧母线电压的控制为研究目标,建立了超级电容储能系统并网的仿真模型,并在网侧设计了不同类型及其程度下的的低电压穿越故障,并通过数字对比仿真验证了本文所设计控制器的有效性。

关键词：超级电容储能系统线性自抗扰控制低电压穿越故障并网逆变器

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超级电容储能系统的滑模变结构控制算法研究

电源技术 2016年第10期40卷 2026-2029页

作者：郭昊天戚栋苑长富贾鹏飞大连理工大学电气工程学院辽宁大连116023 郑州供电公司河南郑州450006

针对超级电容储能系统的非线性和输入输出扰动大等问题,基于直流变换器固有的开关特性,分别提出了系统在充、放电状态下的滑模变结构控制方法。在Boost模式下利用非线性系统的微分几何理论,建立反馈精确线性化模型并设计滑模变结构控制... 详细信息

针对超级电容储能系统的非线性和输入输出扰动大等问题,基于直流变换器固有的开关特性,分别提出了系统在充、放电状态下的滑模变结构控制方法。在Boost模式下利用非线性系统的微分几何理论,建立反馈精确线性化模型并设计滑模变结构控制器;在Buck模式下以系统控制目标为基础提出分段滑模控制算法。研究结果表明,相比传统PID控制,滑模变结构控制具有更好的动态响应及鲁棒性,在输入端电压或负载大幅度波动的情况下,输出仍能保持恒定和较低的纹波系数,提高了超级电容储能系统的抗干扰能力。

关键词：超级电容储能系统 Buck-Boost变换器非线性滑模变结构控制

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超级电容储能系统的鲁棒LQR控制研究

超级电容储能系统的鲁棒LQR控制研究

作者：杨旭南京师范大学

学位级别：硕士

近年来,储能技术在微电网的灵活调峰应用中发挥着重要作用,其不仅是确保微电网稳定运行的关键技术,也为分布式电源技术在微电网中的广泛应用起到了积极的推动作用。目前,以锂电池和超级电容器为常见储能载体的应用较多,尤其是以超级电... 详细信息

近年来,储能技术在微电网的灵活调峰应用中发挥着重要作用,其不仅是确保微电网稳定运行的关键技术,也为分布式电源技术在微电网中的广泛应用起到了积极的推动作用。目前,以锂电池和超级电容器为常见储能载体的应用较多,尤其是以超级电容器作为元器件的储能装置,因其具有能量储存密度高且在大功率充放电的情况下循环使用寿命长等优点而得到了广泛应用。另外,储能技术的优劣及发展在很大程度上取决于DC/DC变换器的控制。因此,本文针对以超级电容作为储能装置时,基于鲁棒控制研究其端电压在宽电压范围变化和负载突变情况下的双向DC/DC变换器的控制。本文的主要研究工作如下:首先,论述了储能技术及DC/DC变换器控制研究现状,概述了鲁棒控制理论和线性矩阵不等式（LMI）技术的发展历程,同时介绍了LMI相关概念和理论知识,为本文后续的设计提供了理论支撑。其次,根据选用的双向DC/DC变换器电路结构,分析了DC/DC变换器的工作原理。利用状态空间平均法对超级电容双向DC/DC变换器系统进行建模,并对系统的小信号模型在不同的静态工作点时作线性化处理。考虑到超级电容端电压和负载的变化特性,利用凸优化理论建立含不确定因素的多胞体模型来表示不确定的时变系统。再次,根据建立的含端电压和负载两个不确定参数的多胞体模型,设计了一种计及参数不确定性的鲁棒LQR（linear quadratic regulator）控制器。同时,为了体现所设计控制器表现出的性能的优劣,基于本系统模型的传递函数设计了传统的双闭环PI控制器。最后,为了验证所研究的内容,基于Simulink仿真平台搭建了相应的仿真模型,将本文设计的鲁棒LQR控制器应用于控制系统的仿真结果和PI控制器应用于控制系统的仿真结果进行比较。根据仿真的结果分析得出,基于本文所提数学模型设计的鲁棒LQR控制器能够使系统具有良好的动态性能及稳定性。同时,当超级电容端电压在宽电压范围变化、负载突变甚至外部干扰时,能够更快、更好地稳定直流母线电压,且控制效果优于传统的双闭环PI控制。

关键词：超级电容储能系统不确定性问题双向DC-DC变换器鲁棒LQR控制 LMI

DPICSA优化的城轨交通超级电容FNN控制研究

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铁道学报 2021年第10期43卷 43-52页

作者：徐凯何周阳徐文轩吴仕勋重庆交通大学信息科学与工程学院重庆400074 重庆大学电气工程学院重庆400044

在城市轨道交通中超级电容储能系统用于吸收列车再生制动能量,以实现节能并抑制直流接触网的电压波动。在超级电容储能系统双闭环控制中,采用遗传算法优化的电压外环PI控制易引起输出振荡,而采用常规模糊控制又存在量化、比例因子整定困... 详细信息

在城市轨道交通中超级电容储能系统用于吸收列车再生制动能量,以实现节能并抑制直流接触网的电压波动。在超级电容储能系统双闭环控制中,采用遗传算法优化的电压外环PI控制易引起输出振荡,而采用常规模糊控制又存在量化、比例因子整定困难,自适应性差且模糊推理速度慢等缺陷。针对上述问题,提出一种双种群免疫克隆选择算法(DPICSA)优化的城轨列车超级电容模糊神经网络(FNN)控制策略。采用DPICSA综合协调优化主模糊控制器的隶属度函数与量化、比例因子;在此基础上,设计一个模糊参数自校正器对量化、比例因子进行在线调节;采用两个RBF神经网络分别记忆主模糊推理与参数自校正模糊推理,利用神经网络高速并行分布式计算能力,加快模糊推理速度。通过3种不同场景下的仿真实验研究,验证了该策略在抑制网压波动和节能方面均优于遗传算法优化的PI控制和常规模糊控制。

关键词：城轨交通超级电容储能系统控制策略双种群免疫克隆模糊神经网络

基于子模组工况分析的模块化多电平储能系统开路故障诊断方法

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电工技术学报 2018年第6期33卷 1219-1226页

作者：毕恺韬安群涛孙东阳段建东孙力哈尔滨工业大学电气工程与自动化学院哈尔滨150001

储能系统中直流变换器的安全性及可靠性直接关系到系统是否正常运行。通过对模块化多电平直流变换器中半桥子模组故障运行工况的分析,提出一种在超级电容模组宽工作电压范围下的快速开路故障诊断方法。该方法根据正常及故障时半桥子模... 详细信息

储能系统中直流变换器的安全性及可靠性直接关系到系统是否正常运行。通过对模块化多电平直流变换器中半桥子模组故障运行工况的分析,提出一种在超级电容模组宽工作电压范围下的快速开路故障诊断方法。该方法根据正常及故障时半桥子模组下桥臂承受电压的不同,利用简单的硬件检测电路以及基于FPGA的诊断算法实现快速开路故障诊断。硬件检测电路能够实时对半桥子模组运行工况进行检测,FPGA中故障诊断算法则利用检测结果并结合驱动信号在短时间内完成故障诊断。详细给出所提方法的设计原理以及关键参数的选取原则。该方法避免了复杂的数学运算,容易实现。最后,通过搭建小功率模块化多电平储能系统对所提方法进行了验证。

关键词：超级电容储能系统模块化多电平直流变换器开路故障诊断快速诊断半桥子模组