基于混合储能的直流母线电压有限时间无源控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于混合储能的直流母线电压有限时间无源控制方法，采用超级电容和蓄电池作为混合储能系统，超级电容和蓄电池分别通过各自的双向DC‑DC变换器并联到直流母线上，形成能量双向回路。直流母线电压、超级电容电压、蓄电池电压及直流母线输出电流信号作为控制参量，输入到有限时间无源控制器中，经控制器运算，生成超级电容和蓄电池充放电参考电流；将参考电流信号、超级电容与蓄电池电流信号作为控制参量，输入到电流调节装置中，经运算处理生成双向DC‑DC变换器控制信号，控制混合储能系统充放电抑制直流母线电压波动。有效改善直流母线电压品质，使电压在有限时间内稳定，提高电压的响应速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力控制技术，特别涉及一种基于混合储能的直流母线电压有限时间无源控制方法。
技术介绍
在光伏发电和风力发电的应用中，需要配置一定的储能系统用于抑制可再生能源输出功率的波动程度。单一的储能元件很难同时满足大功率频繁充放电、储能密度高等多方面的要求。若超级电容和蓄电池混合使用，充分发挥功率型储能与能量型储能的互补优势，能有效地提高储能系统性能及抑制母线电压波动的能力。对于混合储能系统，由于存在具有非线性时变结构的双向DC-DC变换器，工业上常用的线性PID控制器已很难达到期望的控制要求，因此出现一些如滑模控制，无源控制等非线性控制方法增强混合储能系统的控制性能。在控制系统的性能指标中，收敛性能是很关键的一个指标。然而，现有的关于混合储能的非线性控制方法得到的研究结果中，控制目标只能以渐进的形式收敛到期望值，究其原因是，它们讨论的均是闭环控制系统满足Lipschitz连续性质的情况。如无源控制方法，该方法通过选取具有实际物理意义的李雅普诺夫候选函数，依据互联阻尼注入控制算法，构造出闭环反馈使闭环系统呈现无源特性来达到稳定目的，而由此构造的控制律满足Lipschitz连续性质，所以无源控制下的母线电压的收敛形式是渐进的。但在实际中，更希望看到通过对混合储能系统充放电控制使母线电压能够在有限时间内稳定，这样做不仅提高了供电系统的稳定性能，而且提高了输出电压的电能质量，减少对负荷的危害。但由于应用在储能系统的非线性控制方法存在渐进收敛问题，这显然不能达到控制目标有限时间稳定这一控制要求。近年来，有限时间控制作为一种新的非线性控制手段，它不仅可以保证构造的闭环系统能够在有限时间内稳定，而且使得控制系统在存在扰动情况下具有更强的抗扰动性能，这种控制方法所具有的优点已得到了理论界和应用界的广泛关注，并已成功应用在机器人领域，电机控制以及观测器等领域当中，但在目前，还没有将该方法应用在储能系统的控制当中。
技术实现思路
本专利技术是针对直流母线电压收敛速度慢的问题，提出了一种基于混合储能的直流母线电压有限时间无源控制方法，提高直流母线电压稳定速度。本专利技术的技术方案为：一种基于混合储能的直流母线电压有限时间无源控制方法，超级电容和蓄电池作为混合储能系统，超级电容和蓄电池分别通过各自的双向DC-DC变换器并联到直流母线上，超级电容SC作为短暂功率调节装置，蓄电池Bat作为长期能量存储装置，形成能量双向回路；将直流母线电压、超级电容电压、蓄电池电压及直流母线输出电流信号作为控制参量，输入到有限时间无源控制器中，经控制器运算，生成超级电容和蓄电池充放电参考电流；再将两个充放电参考电流信号、超级电容与蓄电池电流信号作为控制参量，输入到电流调节装置中，经运算处理生成双向DC-DC变换器控制信号，控制混合储能系统充放电抑制直流母线电压波动；有限时间无源控制器将带有分数幂的能量函数应用于互联和阻尼配置的无源控制中，并与混合储能系统数学模型进行无源控制匹配，得出使系统在有限时间内稳定的超级电容和蓄电池充放电参考电流。所述有限时间无源控制器设计步骤如下：1)建立混合储能系统数学模型并简化：假设电流调节器调节速度足够快，其所控制的超级电容和蓄电池充放电电流iSC与ib能够快速的跟踪其参考值i*SC与i*b，则iSC＝iSC*，ib＝ib*，简化混合储能系统数学模型为： dΔV C d t = 1 C ( - i b u s + V S C V C i S C * + V b V C i b * ) , ]]> dΔV S C d t = 1 C S C ( - i S C * ) , ]]>其中，ΔVC＝VC-VC*为母线实际电压与期望电压之间的偏差，VC*为母线期望电压值；ΔVSC＝VSC-VSC*为超级电容实际电压与期望电压之间的偏差，VSC*为超级电容期望电压值，ibus为直流母线输出电流，也为负载侧电流，其值随负荷变化而变化；C为直流母线等效电容，CSC为超级电容的等效电容；Vb为蓄电池电压；2)有限时间无源控制器：选取带有分数幂的李雅普诺夫函数作为能量函数： H ( x ) = 1 1 + λ CΔV C 1 + λ + 1 1 + λ C S C ΔV S C 1 + λ ]]>其中，λ为分数幂，其范围为0＜λ＜1；根据互联和阻尼无源配置控制等式结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于混合储能的直流母线电压有限时间无源控制方法，其特征在于，超级电容和蓄电池作为混合储能系统，超级电容和蓄电池分别通过各自的双向DC‑DC变换器并联到直流母线上，超级电容SC作为短暂功率调节装置，蓄电池Bat作为长期能量存储装置，形成能量双向回路；将直流母线电压、超级电容电压、蓄电池电压及直流母线输出电流信号作为控制参量，输入到有限时间无源控制器中，经控制器运算，生成超级电容和蓄电池充放电参考电流；再将两个充放电参考电流信号、超级电容与蓄电池电流信号作为控制参量，输入到电流调节装置中，经运算处理生成双向DC‑DC变换器控制信号，控制混合储能系统充放电抑制直流母线电压波动；有限时间无源控制器将带有分数幂的能量函数应用于互联和阻尼配置的无源控制中，并与混合储能系统数学模型进行无源控制匹配，得出使系统在有限时间内稳定的超级电容和蓄电池充放电参考电流。

【技术特征摘要】
1.一种基于混合储能的直流母线电压有限时间无源控制方法，其特征在于，超级电容和蓄电池作为混合储能系统，超级电容和蓄电池分别通过各自的双向DC-DC变换器并联到直流母线上，超级电容SC作为短暂功率调节装置，蓄电池Bat作为长期能量存储装置，形成能量双向回路；将直流母线电压、超级电容电压、蓄电池电压及直流母线输出电流信号作为控制参量，输入到有限时间无源控制器中，经控制器运算，生成超级电容和蓄电池充放电参考电流；再将两个充放电参考电流信号、超级电容与蓄电池电流信号作为控制参量，输入到电流调节装置中，经运算处理生成双向DC-DC变换器控制信号，控制混合储能系统充放电抑制直流母线电压波动；有限时间无源控制器将带有分数幂的能量函数应用于互联和阻尼配置的无源控制中，并与混合储能系统数学模型进行无源控制匹配，得出使系统在有限时间内稳定的超级电容和蓄电池充放电参考电流。2.根据权利要求1所述基于混合储能的直流母线电压有限时间无源控制方法，其特征在于，所述有限时间无源控制器设计步骤如下：1)建立混合储能系统数学模型并简化：假设电流调节器调节速度足够快，其所控制的超级电容和蓄电池充放电电流iSC与ib能够快速的跟踪其参考值i*SC与i*b，则iSC＝iSC*，ib＝ib*，简化混合储能系统数学模型为： dΔV C d t = 1 C ( - i b u s + V S C V C i S C * + V b V C i b * ) , ]]> dΔV S C d t = 1 C S C ( - i S C * ) , ]]>其中，ΔVC＝VC-VC*为母线实际电压与期望电压之间的偏差，VC*为母线期望电压值；ΔVSC＝VSC-VSC*为超级电容实际电压与期望电压之间的偏差，VSC*为超级电容期望电压值，ibus为直流母线输出电流，也为负载侧电流，其值随负荷变化而变化；C为直流母线等效电容，CSC为超级电容的等效电容；Vb为蓄电池电压；2)有限时间无源控制器：选取带有分数幂的李雅普诺夫函数作为能量函数： H ( x ) = 1 1 + λ CΔV C 1 + λ + 1 1 + λ C S C ΔV S C 1 + λ ]]>其中，λ为分数幂，其范围为0＜λ＜1；根据互联和阻尼无源配置控制等式结合步骤1)混合储能系统数学模型导出如下匹配方程： 1 C ( - i b u s + V S C V C i S C * + V b V C ...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，田雷，李东东，林顺富，边晓燕，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海;31