基于混合儲(chǔ)能的直流母線電壓有限時(shí)間無(wú)源控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于混合儲(chǔ)能的直流母線電壓有限時(shí)間無(wú)源控制方法，采用超級(jí)電容和蓄電池作為混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，超級(jí)電容和蓄電池分別通過(guò)各自的雙向DC?DC變換器并聯(lián)到直流母線上，形成能量雙向回路。直流母線電壓、超級(jí)電容電壓、蓄電池電壓及直流母線輸出電流信號(hào)作為控制參量，輸入到有限時(shí)間無(wú)源控制器中，經(jīng)控制器運(yùn)算，生成超級(jí)電容和蓄電池充放電參考電流；將參考電流信號(hào)、超級(jí)電容與蓄電池電流信號(hào)作為控制參量，輸入到電流調(diào)節(jié)裝置中，經(jīng)運(yùn)算處理生成雙向DC?DC變換器控制信號(hào)，控制混合儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電抑制直流母線電壓波動(dòng)。有效改善直流母線電壓品質(zhì)，使電壓在有限時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定，提高電壓的響應(yīng)速度。
【專利說(shuō)明】
基于混合儲(chǔ)能的直流母線電壓有限時(shí)間無(wú)源控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力控制技術(shù)，特別涉及一種基于混合儲(chǔ)能的直流母線電壓有限 時(shí)間無(wú)源控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用中，需要配置一定的儲(chǔ)能系統(tǒng)用于抑制可再生能源 輸出功率的波動(dòng)程度。單一的儲(chǔ)能元件很難同時(shí)滿足大功率頻繁充放電、儲(chǔ)能密度高等多 方面的要求。若超級(jí)電容和蓄電池混合使用，充分發(fā)揮功率型儲(chǔ)能與能量型儲(chǔ)能的互補(bǔ)優(yōu) 勢(shì)，能有效地提高儲(chǔ)能系統(tǒng)性能及抑制母線電壓波動(dòng)的能力。對(duì)于混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，由于存在 具有非線性時(shí)變結(jié)構(gòu)的雙向DC-DC變換器，工業(yè)上常用的線性PID控制器已很難達(dá)到期望的 控制要求，因此出現(xiàn)一些如滑?？刂?，無(wú)源控制等非線性控制方法增強(qiáng)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的控 制性能。
[0003] 在控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)中，收斂性能是很關(guān)鍵的一個(gè)指標(biāo)。然而，現(xiàn)有的關(guān)于混合 儲(chǔ)能的非線性控制方法得到的研究結(jié)果中，控制目標(biāo)只能以漸進(jìn)的形式收斂到期望值，究 其原因是，它們討論的均是閉環(huán)控制系統(tǒng)滿足Lipschitz連續(xù)性質(zhì)的情況。如無(wú)源控制方 法，該方法通過(guò)選取具有實(shí)際物理意義的李雅普諾夫候選函數(shù)，依據(jù)互聯(lián)阻尼注入控制算 法，構(gòu)造出閉環(huán)反饋使閉環(huán)系統(tǒng)呈現(xiàn)無(wú)源特性來(lái)達(dá)到穩(wěn)定目的，而由此構(gòu)造的控制律滿足 Lipschitz連續(xù)性質(zhì)，所以無(wú)源控制下的母線電壓的收斂形式是漸進(jìn)的。但在實(shí)際中，更希 望看到通過(guò)對(duì)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電控制使母線電壓能夠在有限時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定，這樣做不僅提 高了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，而且提高了輸出電壓的電能質(zhì)量，減少對(duì)負(fù)荷的危害。但由于應(yīng) 用在儲(chǔ)能系統(tǒng)的非線性控制方法存在漸進(jìn)收斂問(wèn)題，這顯然不能達(dá)到控制目標(biāo)有限時(shí)間穩(wěn) 定這一控制要求。
[0004] 近年來(lái)，有限時(shí)間控制作為一種新的非線性控制手段，它不僅可以保證構(gòu)造的閉 環(huán)系統(tǒng)能夠在有限時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定，而且使得控制系統(tǒng)在存在擾動(dòng)情況下具有更強(qiáng)的抗擾動(dòng)性 能，這種控制方法所具有的優(yōu)點(diǎn)已得到了理論界和應(yīng)用界的廣泛關(guān)注，并已成功應(yīng)用在機(jī) 器人領(lǐng)域，電機(jī)控制以及觀測(cè)器等領(lǐng)域當(dāng)中，但在目前，還沒(méi)有將該方法應(yīng)用在儲(chǔ)能系統(tǒng)的 控制當(dāng)中。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明是針對(duì)直流母線電壓收斂速度慢的問(wèn)題，提出了一種基于混合儲(chǔ)能的直流 母線電壓有限時(shí)間無(wú)源控制方法，提高直流母線電壓穩(wěn)定速度。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于混合儲(chǔ)能的直流母線電壓有限時(shí)間無(wú)源控制方 法，超級(jí)電容和蓄電池作為混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，超級(jí)電容和蓄電池分別通過(guò)各自的雙向DC-DC變 換器并聯(lián)到直流母線上，超級(jí)電容SC作為短暫功率調(diào)節(jié)裝置，蓄電池 Bat作為長(zhǎng)期能量存儲(chǔ) 裝置，形成能量雙向回路;將直流母線電壓、超級(jí)電容電壓、蓄電池電壓及直流母線輸出電 流信號(hào)作為控制參量，輸入到有限時(shí)間無(wú)源控制器中，經(jīng)控制器運(yùn)算，生成超級(jí)電容和蓄電 池充放電參考電流;再將兩個(gè)充放電參考電流信號(hào)、超級(jí)電容與蓄電池電流信號(hào)作為控制 參量，輸入到電流調(diào)節(jié)裝置中，經(jīng)運(yùn)算處理生成雙向DC-DC變換器控制信號(hào)，控制混合儲(chǔ)能 系統(tǒng)充放電抑制直流母線電壓波動(dòng);有限時(shí)間無(wú)源控制器將帶有分?jǐn)?shù)冪的能量函數(shù)應(yīng)用于 互聯(lián)和阻尼配置的無(wú)源控制中，并與混合儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行無(wú)源控制匹配，得出使系 統(tǒng)在有限時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定的超級(jí)電容和蓄電池充放電參考電流。
[0007] 所述有限時(shí)間無(wú)源控制器設(shè)計(jì)步驟如下：
[0008] 1)建立混合儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型并簡(jiǎn)化：
[0009] 假設(shè)電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)速度足夠快，其所控制的超級(jí)電容和蓄電池充放電電流isc與 ib能夠快速的跟蹤其參考值Pse與Λ，則ise = ise' ib = ib'簡(jiǎn)化混合儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為：
[0010]
[0011]
[0012]其中，AVc = Vc-Vf為母線實(shí)際電壓與期望電壓之間的偏差，V，為母線期望電壓 值；AVsc = Vsc-Vsf為超級(jí)電容實(shí)際電壓與期望電壓之間的偏差，Vsf為超級(jí)電容期望電壓 值，ibus為直流母線輸出電流，也為負(fù)載側(cè)電流，其值隨負(fù)荷變化而變化;C為直流母線等效 電容，C sc為超級(jí)電容的等效電容;Vb為蓄電池電壓；
[0013] 2)有限時(shí)間無(wú)源控制器：
[0014]選取帶有分?jǐn)?shù)冪的李雅普諾夫函數(shù)作為能量函數(shù)：
[0015]
[0016] 其中，λ為分?jǐn)?shù)冪，其范圍為〇<λ<1;
[0017] 根據(jù)互聯(lián)和阻尼無(wú)源配置控制等￥
，結(jié)合步驟1)混合儲(chǔ)能系 統(tǒng)數(shù)學(xué)模型導(dǎo)出如下匹配方程：
[0018]
[0019]
[0020] j、n、r2為控制器參數(shù)；
[0021] 由匹配方程推出超級(jí)電容與蓄電池充放電參考電流：
[0022]
[0023]
[0024] 將超級(jí)電容用于調(diào)節(jié)直流母線電壓，蓄電池用于維持超級(jí)電容電壓，超級(jí)電容與 蓄電池充放電參考電流簡(jiǎn)化為：
[0025]
,
[0026] isc* = -aAVc\
[0027] 其中 a = jCCsc>0。
[0028] 所述電流調(diào)節(jié)裝置采用比例調(diào)節(jié)器，控制超級(jí)電容和蓄電池電流快速跟蹤電流參 考值，兩個(gè)比例調(diào)節(jié)器輸入為超級(jí)電容與蓄電池充放電的電流與電流參考值的誤差，輸出 為：
[0029] Ub = Kpi(ib-ib*),
[0030] Usc = Kp3(isc-isc*),
[0031 ]其中Kp3與1^為兩個(gè)比例調(diào)節(jié)器放大系數(shù)，
[0032] 兩個(gè)雙向DC-DC變換器均采用雙向半橋變換器，連接蓄電池變換器由電感Lb和兩 個(gè)不同時(shí)導(dǎo)通的^組成，連接超級(jí)電容變換器由電感Lsc和兩個(gè)不同時(shí)導(dǎo)通的T3、T4組成， 兩個(gè)雙向DC-DC變換器開(kāi)關(guān)控制律為:開(kāi)關(guān)!^控制律為I-Ub;開(kāi)關(guān)!^控制律為Ub;開(kāi)關(guān)T 3控制 律為l-us。;開(kāi)關(guān)Τ4控制律為usc。
[0033] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明基于混合儲(chǔ)能的直流母線電壓有限時(shí)間無(wú)源控制 方法，有效改善直流母線電壓品質(zhì)，使電壓在有限時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定，提高電壓的響應(yīng)速度。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1為本發(fā)明基于混合儲(chǔ)能的直流母線電壓有限時(shí)間無(wú)源控制結(jié)構(gòu)圖；
[0035] 圖2為本發(fā)明基于混合儲(chǔ)能的直流母線負(fù)載電流波形圖；
[0036] 圖3為本發(fā)明基于混合儲(chǔ)能的直流母線電壓?jiǎn)?dòng)階段波形圖；
[0037] 圖4為本發(fā)明基于混合儲(chǔ)能的直流母線電壓?jiǎn)?dòng)階段放大波形圖；
[0038] 圖5為本發(fā)明基于混合儲(chǔ)能的直流母線電壓0.15s處放大波形圖；
[0039]圖6為本發(fā)明基于混合儲(chǔ)能的直流母線電壓0.25s處放大波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 為了提高混合儲(chǔ)能系統(tǒng)控制性能及抑制母線電壓波動(dòng)的能力，使母線電壓具有更 快的穩(wěn)定速度和更強(qiáng)的抗干擾性，結(jié)合無(wú)源控制理論及有限時(shí)間控制方法，設(shè)計(jì)一種基于 混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的直流母線電壓有限時(shí)間無(wú)源控制方法。該方法針對(duì)無(wú)源控制的漸進(jìn)收斂問(wèn) 題，運(yùn)用有限時(shí)間控制手段，在無(wú)源控制所選取的李雅普諾夫能量函數(shù)中，引入分?jǐn)?shù)冪，設(shè) 計(jì)出適用于混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的一種帶有分?jǐn)?shù)冪的李雅普諾夫能量函數(shù)，并由此設(shè)計(jì)出混合儲(chǔ) 能系統(tǒng)的有限時(shí)間無(wú)源控制器。由于由此帶有分?jǐn)?shù)冪的李雅普諾夫能量函數(shù)所構(gòu)造的閉環(huán) 系統(tǒng)破除了Lipschitz連續(xù)性質(zhì)的情況，且使得所構(gòu)造的閉環(huán)反饋能夠在有限時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定， 從而達(dá)到直流母線電壓有限時(shí)間穩(wěn)定這一目的。
[0041] 基于混合儲(chǔ)能的直流母線電壓有限時(shí)間無(wú)源控制方法，采用超級(jí)電容和蓄電池作 為混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，超級(jí)電容和蓄電池分別通過(guò)各自的雙向DC-DC變換器并聯(lián)到直流母線上， 形成能量雙向回路。將直流母線電壓、超級(jí)電容電壓、蓄電池電壓及直流母線輸出電流信號(hào) 作為控制參量，輸入到有限時(shí)間無(wú)源控制器中，經(jīng)控制器運(yùn)算，生成超級(jí)電容和蓄電池充放 電參考電流;將參考電流信號(hào)、超級(jí)電容與蓄電池電流信號(hào)作為控制參量，輸入到電流調(diào)節(jié) 裝置中，經(jīng)運(yùn)算處理生成雙向DC-DC變換器控制信號(hào)，控制混合儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電抑制直流母 線電壓波動(dòng)。所采用的有限時(shí)間無(wú)源控制器是通過(guò)設(shè)計(jì)帶有分?jǐn)?shù)冪的李雅普諾夫函數(shù)，使 由此函數(shù)構(gòu)造的閉環(huán)系統(tǒng)能夠在有限時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定。
[0042]選用超級(jí)電容SC作為短暫功率調(diào)節(jié)裝置，選用蓄電池 Bat作為長(zhǎng)期能量存儲(chǔ)裝置， 結(jié)合超級(jí)電容和蓄電池作為混合儲(chǔ)能系統(tǒng);超級(jí)電容和蓄電池分別通過(guò)雙向DC-DC變換器 并聯(lián)到直流母線上，形成能量雙向回路；由于受可再生能源輸出功率變化和負(fù)荷變化等因 素影響，直流母線電壓會(huì)因此發(fā)生波動(dòng)，可通過(guò)對(duì)雙向DC-DC變換器開(kāi)關(guān)管的控制，控制混 合儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電，來(lái)平抑直流母線電壓波動(dòng)。
[0043]雙向DC-DC變換器為雙向半橋變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它可以實(shí)現(xiàn)能量在輸入端和輸出 端之間雙向傳輸，功率不僅可以從輸入端流向輸出端，也能從輸出端流向輸入端。超級(jí)電容 和蓄電池連接在雙向DC-DC變換器的輸入端，直流母線等效電容C連接在雙向DC-DC變換器 的輸出端。
[0044] 負(fù)荷變化等因素影響可由直流母線輸出電流ibus來(lái)綜合替代，當(dāng)ibus正方向變化 時(shí)，直流母線電壓下降，這時(shí)控制混合儲(chǔ)能裝置放電來(lái)使直流母線電壓穩(wěn)定；當(dāng)ib us負(fù)方向 變化時(shí)，直流母線電壓上升，通過(guò)對(duì)混合儲(chǔ)能裝置的充電控制來(lái)穩(wěn)定直流母線電壓。
[0045] 本發(fā)明的具體實(shí)施方案如下：
[0046] 1)建立混合儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型：
[0047] 根據(jù)基爾霍夫電路定律及狀態(tài)空間模型法，得混合儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為：
[0048]
[0049]
[0050]
[0051]
[0052]其中，ibus為直流母線輸出電流，也為負(fù)載側(cè)電流，其值隨負(fù)荷變化而變化;兩個(gè)雙 向DC-DC變換器均采用雙向半橋變換器，連接蓄電池變換器由電感Lb和兩個(gè)不同時(shí)導(dǎo)通的 T1J2組成，連接超級(jí)電容變換器由電感Lsc和兩個(gè)不同時(shí)導(dǎo)通的T3、T 4組成;αι、α3分別為連接 蓄電池和超級(jí)電容變換器中的開(kāi)關(guān)T 1及開(kāi)關(guān)T3的占空比;C為直流母線等效電容，Csc為超級(jí) 電容的等效電容;Lsc為連接超級(jí)電容變換器電感，L b為連接蓄電池變換器電感；isc、ib為超 級(jí)電容和蓄電池充放電電流;￥ 5^、1分別為超級(jí)電容電壓、蓄電池電壓和直流母線電壓。 [0053] 2)簡(jiǎn)化混合儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型：
[0054]由于電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)速度足夠快，其所控制的電流isc與ib能夠快速的跟蹤其參考
[0055] 值：iΛ(；與:iΛ，則is(；=is(/^ib = ib：^將其帶入混合儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型⑴~⑷中，得：
[0056]
[0057] 其中，AVc = Vc-Vf為母線實(shí)際電壓與期望電壓之間的偏差，V，為母線期望電壓 值；AVsc = Vsc-Vsf為超級(jí)電容實(shí)際電壓與期望電壓之間的偏差，Vsf為超級(jí)電容期望電壓 值。
[0058] 3)有限時(shí)間無(wú)源控制器設(shè)計(jì)：
[0059] 混合儲(chǔ)能系統(tǒng)有限時(shí)間無(wú)源控制器是運(yùn)用有限時(shí)間控制手段，改進(jìn)原有無(wú)源控制 方法中李雅普諾夫能量函數(shù)的選取，引入分?jǐn)?shù)冪，設(shè)計(jì)一種適合于混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的帶有分 數(shù)冪的李雅普諾夫能量函數(shù)，并將這種帶有分?jǐn)?shù)冪的能量函數(shù)應(yīng)用于互聯(lián)和阻尼配置的無(wú) 源控制方法中，與混合儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行無(wú)源控制匹配，得出使閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠在 有限時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定的超級(jí)電容和蓄電池充放電參考電流。針對(duì)超級(jí)電容和蓄電池混合儲(chǔ)能系 統(tǒng)，按照互聯(lián)和阻尼配置無(wú)源控制方法，在選取閉環(huán)系統(tǒng)能量函數(shù)時(shí)，運(yùn)用有限時(shí)間控制理 論，設(shè)計(jì)一種帶有分?jǐn)?shù)冪的李雅普諾夫函數(shù)作為能量函數(shù)：
[0060]
[0061] 其中，λ為分?jǐn)?shù)冪，其范圍為〇<λ<1。
[0062] 根據(jù)互聯(lián)和阻尼無(wú)源配置控制等：，結(jié)合式（5)(6)及能量函 數(shù)(7)可導(dǎo)出如下匹配方程：
[0063]
[0064]
[0065] j、n、r2為控制器參數(shù)。
[0066] 由式(8)及(9)推出超級(jí)電容與蓄電池充放電參考電流：
[0067]
[0
[0069]將超級(jí)電容用于調(diào)節(jié)直流母線電壓，蓄電池用于維持超級(jí)電容電壓，式（10)及 (11)簡(jiǎn)化為：
[0070]
[0071]
[0072]
[0073] 4)電流調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)
[0074] 采用比例調(diào)節(jié)器作為電流調(diào)節(jié)裝置，控制超級(jí)電容和蓄電池電流快速跟蹤電流參 考值。比例調(diào)節(jié)器輸入為電流與電流參考值的誤差，輸出為：
[0075] Ub = Kpi(ib-ib*) (14)
[0076] Usc = Kp3(isc-isc*) (15)
[0077] 其中Kp3與Kp1為比例調(diào)節(jié)器放大系數(shù)。
[0078] 變換器開(kāi)關(guān)控制律為:開(kāi)關(guān)1\控制律為I-Ub;開(kāi)關(guān)!^控制律為Ub;開(kāi)關(guān)T3控制律為1-Usc ;開(kāi)關(guān)T4控制律為Usc。
[0079 ]為了驗(yàn)證所提出控制方法的有效性，運(yùn)用MATLAB/ s imu I i nk搭建混合儲(chǔ)能系統(tǒng)仿 真模型，系統(tǒng)仿真參數(shù)為:蓄電池額定電壓為12V，額定容量為20Ah，充放電電流幅值限制為 20A，初始S0C = 70%;超級(jí)電容容值為1F，額定電壓為15V;連接蓄電池變換器電感Lb = ImH, 連接超級(jí)電容變換器電感LSC = 200yH;直流母線等效電容為C = 4mF，其額定電壓為50V。
[0080] 混合儲(chǔ)能系統(tǒng)有限時(shí)間無(wú)源控制器為:α = 12，λ = 〇. 68。
[0081] 為了對(duì)比控制性能，給出混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的無(wú)源控制器：
[0082]
，相應(yīng)的控制器參數(shù)為W1 = 12。
[0083] 在兩種控制方法中，采用相同的電流調(diào)節(jié)裝置以及相同的控制器參數(shù):Κρ1 = 1000， ΚΡ3 = 1000ο
[0084] 通過(guò)設(shè)置負(fù)載電流變化(仿真附圖2直流母線負(fù)載電流波形圖），來(lái)對(duì)比混合儲(chǔ)能 系統(tǒng)在兩種不同控制作用下，直流母線電壓暫態(tài)特性。
[0085] 在仿真附圖3直流母線電壓?jiǎn)?dòng)階段波形圖中，啟動(dòng)階段(0~0.14s)直流母線電 壓在有限時(shí)間無(wú)源控制下平穩(wěn)上升，而在無(wú)源控制下有較大超調(diào)；
[0086] 在仿真附圖4直流母線電壓?jiǎn)?dòng)階段放大波形圖中，直流母線電壓(49~51V)在有 限時(shí)間無(wú)源控制下，能夠在有限時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定，其收斂時(shí)間為42ms;而在無(wú)源控制下，直流母 線電壓漸進(jìn)收斂到50V，收斂時(shí)間明顯慢于有限時(shí)間無(wú)源控制方法；
[0087]在仿真附圖5直流母線電壓0.15s處放大波形圖中，負(fù)載電流正向變化下，直流母 線電壓下降。通過(guò)比較得出：有限時(shí)間無(wú)源控制下，直流母線電壓收斂時(shí)間為11ms，明顯快 于無(wú)源控制；同時(shí)，有限時(shí)間無(wú)源控制下直流母線電壓波動(dòng)最低值為49.78V高于無(wú)源控制 下的 49.67V;
[0088]在仿真附圖6直流母線電壓0.25s處放大波形圖中，負(fù)載電流負(fù)向變化下，直流母 線電壓上升。通過(guò)比較得出：有限時(shí)間無(wú)源控制下，直流母線電壓收斂時(shí)間為20ms，明顯快 于無(wú)源控制；同時(shí)，其電壓波動(dòng)范圍也小于無(wú)源控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于混合儲(chǔ)能的直流母線電壓有限時(shí)間無(wú)源控制方法，其特征在于，超級(jí)電容 和蓄電池作為混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，超級(jí)電容和蓄電池分別通過(guò)各自的雙向DC-DC變換器并聯(lián)到 直流母線上，超級(jí)電容SC作為短暫功率調(diào)節(jié)裝置，蓄電池 Bat作為長(zhǎng)期能量存儲(chǔ)裝置，形成 能量雙向回路;將直流母線電壓、超級(jí)電容電壓、蓄電池電壓及直流母線輸出電流信號(hào)作為 控制參量，輸入到有限時(shí)間無(wú)源控制器中，經(jīng)控制器運(yùn)算，生成超級(jí)電容和蓄電池充放電參 考電流;再將兩個(gè)充放電參考電流信號(hào)、超級(jí)電容與蓄電池電流信號(hào)作為控制參量，輸入到 電流調(diào)節(jié)裝置中，經(jīng)運(yùn)算處理生成雙向DC-DC變換器控制信號(hào)，控制混合儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電抑 制直流母線電壓波動(dòng);有限時(shí)間無(wú)源控制器將帶有分?jǐn)?shù)冪的能量函數(shù)應(yīng)用于互聯(lián)和阻尼配 置的無(wú)源控制中，并與混合儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行無(wú)源控制匹配，得出使系統(tǒng)在有限時(shí)間 內(nèi)穩(wěn)定的超級(jí)電容和蓄電池充放電參考電流。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于混合儲(chǔ)能的直流母線電壓有限時(shí)間無(wú)源控制方法，其特征 在于，所述有限時(shí)間無(wú)源控制器設(shè)計(jì)步驟如下： 1) 建立混合儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型并簡(jiǎn)化： 假設(shè)電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)速度足夠快，其所控制的超級(jí)電容和蓄電池充放電電流isc與ib能 夠快速的跟蹤其參考值與Λ，則ise= ise' ib = ib'簡(jiǎn)化混合儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為：其中，AVc = Vc-Vf為母線實(shí)際電壓與期望電壓之間的偏差，Vf為母線期望電壓值；Δ Vsc = Vsc-Vsf為超級(jí)電容實(shí)際電壓與期望電壓之間的偏差，Vsf為超級(jí)電容期望電壓值，ibus 為直流母線輸出電流，也為負(fù)載側(cè)電流，其值隨負(fù)荷變化而變化;C為直流母線等效電容，Csc 為超級(jí)電容的等效電容;Vb為蓄電池電壓； 2) 有限時(shí)間無(wú)源控制器： 選取帶有分?jǐn)?shù)冪的李雅普諾夫函數(shù)作為能量函數(shù)：其中，λ為分?jǐn)?shù)冪，其范圍為0<λ<1; 根據(jù)互聯(lián)和阻尼無(wú)源配置控制等式，結(jié)合步驟1)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù) 學(xué)模型導(dǎo)出如下匹配方程：Γ2為控制器參數(shù)； 由匹配方程推出超級(jí)電容與蓄電池充放電參考電流：isc* = r2Csc2 Δ VscA-jCCsc Δ VcA; 將超級(jí)電容用于調(diào)節(jié)直流母線電壓，蓄電池用于維持超級(jí)電容電壓，超級(jí)電容與蓄電 池充放電參考電流簡(jiǎn)化為：isc* = -a Δ VcA, 其中 a = jCCsc>0。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于混合儲(chǔ)能的直流母線電壓有限時(shí)間無(wú)源控制方法，其特征 在于，所述電流調(diào)節(jié)裝置采用比例調(diào)節(jié)器，控制超級(jí)電容和蓄電池電流快速跟蹤電流參考 值，兩個(gè)比例調(diào)節(jié)器輸入為超級(jí)電容與蓄電池充放電的電流與電流參考值的誤差，輸出為： Ub = Kpi(ib_ib*)， Use - Kp3 ( isc_isc )， 其中KP3與KpA兩個(gè)比例調(diào)節(jié)器放大系數(shù)， 兩個(gè)雙向DC-DC變換器均采用雙向半橋變換器，連接蓄電池變換器由電感Lb和兩個(gè)不同 時(shí)導(dǎo)通的!^、!^組成，連接超級(jí)電容變換器由電感LSC和兩個(gè)不同時(shí)導(dǎo)通的T3、T4組成，兩個(gè)雙 向DC-DC變換器開(kāi)關(guān)控制律為:開(kāi)關(guān)^控制律為l-u b;開(kāi)關(guān)^控制律為ub;開(kāi)關(guān)Τ3控制律為1-Usc ;開(kāi)關(guān)Τ4控制律為Use。
【文檔編號(hào)】H02J15/00GK106058845SQ201610409903
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】楊帆, 田雷, 李東東, 林順富, 邊曉燕
【申請(qǐng)人】上海電力學(xué)院