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锂电池与超级电容混合储能系统的优化配置与能量管理

发展面向未来的新能源电动汽车已成为世界各主要国家的共同选择。当前以锂电池为储能核心的电动汽车,在其行驶过程中经常面临频繁、大功率负载的冲击,严重影响着储能元件的长效运行。选择将超级电容与锂电池构成混合储能系统,共同应对电动汽车复杂工况的挑战,是一种有效的解决方案。通过使超级电容承担负载功率高峰值、频繁变化的部分,能够显著降低锂电池的工作负担,改善其健康状态,继而延长其循环寿命,对于提升电动汽车的性能、加快其推广应用都具有十分重要的意义。为充分发挥混合储能系统的性能优势,本文分别从储能元件和储能系统两个层面,开展了行为建模、优化配置、能量管理等方面的具体研究,为电动汽车混合储能系统的应用和管理提供了理论创新和方法支持。本文的主要工作及创新点如下:(1)针对锂电池的容量衰减与健康状态评估问题,提出了一种电池短期与长期健康状态的预测方法。该方法通过建立考虑循环电流影响的电池老化模型,设计基于粒子滤波的状态观测器实现了模型参数跟踪与状态  (本文共116页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京交通大学
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现代有轨电车车载混合储能系统能量管理优化研究

现代有轨电车系统是城市公共交通的重要组成部分,近年来,在世界范围得到长足的发展。为降低牵引网对城市景观的不利影响,部分城市的现代有轨电车采用车载储能技术。然而,单—储能元件的特性并不能很好的满足有轨电车运行的需求。采用混合储能系统(HESS)是解决单—储能系统存在不足的一种方案。基于此背景,本文针对由电池与超级电容组成的HESS,从容量配置和能量管理策略的优化问题展开研究。论文首先详细分析了混合储能系统的拓扑结构以及系统特性,结合武汉有轨电车T1线的参数进行负载功率的计算,并对有轨电车车载HESS能量管理的影响因素进行了分析,为后续优化研究提供理论依据。其次,论文提出了一种基于NSGA-II算法的容量优化配置方法。该方法通过输入不同站间牵引计算结果,得到不同场景下容量配置优化结果的多目标Pareto解集。不仅直观展现了不同配置结果下目标函数值的变化,还可以通过添加约束获得Pareto解集中最优方案。此外,通过改变有轨电车站间距离...  (本文共94页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京交通大学
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现代有轨电车车载混合储能系统能量管理策略及容量配置优化研究

现代有轨电车具有编组灵活、造价低廉、外形美观等优点,已成为了城市轨道交通的重要组成部分。近年来,现代有轨电车的新型无接触网供电技术得到日益广泛的应用,其中,车载储能式供电是广受欢迎的无接触网供电方式之一。本文以兼具高功率密度与高能量密度的电池-超级电容车载混合储能供电技术为对象开展相关研究,主要研究内容如下:(1)为了充分发挥电池与超级电容优势互补的特点,本文提出了一种基于电池与超级电容能量交互的固定功率比例分配策略。该策略在传统的规则策略的基础上,考虑有轨电车部分区间能耗大的运行需求,在超级电容电压低于设定阈值的情况下,进入电池主动状态,实现电池与超级电容之间的能量转移,使混合储能系统实现稳定的高功率输出,并能够有效降低储能系统的配置重量。(2)提出了现代有轨电车混合储能系统能量管理策略与容量配置的三步式协同优化方法。第一步为能量管理策略的改进,即基于能量交互的固定功率比例分配策略的提出。第二步为能量管理策略参数的多目标优化,...  (本文共158页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京交通大学
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基于MPC的新能源城轨车辆混合储能控制系统的研究

随着我国国民经济的不断发展与城市化进程的不断加快,人们对城市交通的需求也越来越大。由于城市轨道交通具有运量大,环境友好,准点舒适等特点,因此大力发展城市轨道交通将会缓解城市交通压力,提高城市交通流通效率。近些年将车载储能系统作为轨道交通车辆的的动力源成为主要研究热点,相比于传统牵引网供电方式,这种模式的优点在于:减少牵引网供电线路的视觉污染,并使城轨车辆可工作于无网区域;储能元件吸收制动能量可提高能量利用率;避免了牵引网可能出现的故障问题等。针对轨道交通运行工况,为了充分发挥不同储能元件功率特性与能量特性,因此,本文将适用于轨道交通动力系统的锂离子电池和超级电容作为储能元件,结合轨道交通实际运行工况、功率参数等特性,围绕储能元件建模、系统容量配置、能量管理策略、变流器控制策略展开,重点研究模型预测控制在新能源轨道交通车辆混合储能系统中的应用,具体研究内容和工作如下。(1)混合储能系统模型分析。根据轨道交通车辆运行工况特点和储能元...  (本文共90页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京交通大学
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基于电池SOC跟随的城轨地面混合储能系统控制策略研究

随着近年来我国城轨交通运营里程的快速增长,城轨系统耗电急剧增加。为减小牵引变电所的功率输出,充分利用城轨列车制动时产生的再生制动能量,改善直流牵引网电压波动,可在直流牵引供电系统中引入储能装置。由于地铁直流牵引供电系统中城轨列车的再生制动能量多、功率大、制动频繁,高能量密度的钛酸锂电池与高功率密度的超级电容混合的储能装置能够契合其特点,也能作为紧急备用电源用于广域电力故障发生时的列车紧急救援。本文在混合储能系统传统固定功率阈值控制策略的基础上,考虑锂电池相较超级电容寿命较短的特点,动态调整锂电池功率阈值以减小电池充放电循环深度,通过将混合储能系统单周期的部分节能收益转移到系统全寿命周期上,从而提高混合储能装置的总体收益。论文首先对直流牵引供电系统中的牵引变电所,列车等进行了模型构建和特性分析,然后对混合储能系统中锂离子电池和超级电容分别分析建模,并建立了电池使用寿命的预测模型,并针对多重化DC/DC变换器的控制效果进行原理分析和...  (本文共83页) 本文目录 | 阅读全文>>

合肥工业大学
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平抑风电波动的混合储能系统控制策略及容量优化配置研究

风能固有的间歇性、波动性和不确定性导致风电场输出功率无法直接满足并网波动标准,影响了风力发电的大规模开发。储能系统具有双向功率吞吐能力,响应速度快,可操控性强,为并网风电场配置储能系统是平抑风电输出功率波动、提高风电并网能力的可靠解决方案。本文深入分析目前储能平抑风电波动相关领域的发展现状,选取蓄电池-超级电容混合储能系统(hybrid energy storage system,HESS)作为平抑风电波动的载体,围绕风电波动平抑控制、混合储能能量管理和储能容量优化配置等方面展开研究,主要的研究内容及成果包括:(1)提出了一种具有场景自适应能力的风电功率波动分解分配算法。首先针对风电场输出功率的幅频特性展开分析,确定风电能量在不同频段的分布情况指导平抑策略的设计;然后根据不同风电场景下的功率波动特性设计自适应小波包分解算法将风电功率分解为符合并网标准的并网功率和混合储能功率指令;最后通过由基于混合储能充放电特性的初级分配和基于储...  (本文共117页) 本文目录 | 阅读全文>>