一种高鲁棒自稳定型混合储能系统复合功率控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高鲁棒自稳定型混合储能系统复合功率控制方法，在当前采样周期内通过下一采样周期蓄电池的期望电流i

【技术实现步骤摘要】
一种高鲁棒自稳定型混合储能系统复合功率控制方法
本专利技术涉及直流配电网络控制领域，尤其涉及一种高鲁棒自稳定型混合储能系统复合功率控制方法。
技术介绍
由于石油、煤炭等不可再生能源的日益匮乏，人们越来越关注可再生能源的发展，越来越多的分布式电源技术也相继涌现出来。混合储能系统复合功率控制方法的性能优劣直接影响直流微电网的运行特性，这使得混合储能系统复合功率控制方法成为当前研究的重点与热点之一。模型预测控制(ModelPredictiveControl，MPC)是一种非线性最优控制方法，具有控制效果好，鲁棒性强的特点。目前直流微电网内对电流已采用分层结构进行补偿控制，但是对DC/DC变换器的输入控制量的研究主要集中在传统方法的基础之上，以该方法为基础的混合储能变换器控制策略是当前研究重点。基于传统方法的储能变换器控制策略在直流微电网协调控制中有着积极的作用，但天然存在着些许不足：鲁棒性较差，容易振荡及控制量饱和等缺陷。本专利技术的思想就是针对传统方法的不足，提出一种高鲁棒自稳定型混合储能系统复合功率控制方法。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术公开了一种高鲁棒自稳定型混合储能系统复合功率控制方法，通过下一采样周期蓄电池的期望电流ibattreq及下一采样周期超级电容的期望电流icapreq分别经过一个二阶跟踪平滑预处理器获取下一采样周期蓄电池或超级电容的期望电流的跟踪值vx1及跟踪趋势vx2，通过无传感器状态观测器SLESO获取蓄电池及超级电容当前采样周期内的实际电流ix的反馈值zx1、变化趋势zx2及系统扰动zx3和控制量ux的对应关系，接着利用基于偏差ex1和微分偏差ex2的渐进鲁棒状态函数sx快速收敛求解蓄电池及超级电容的变换器控制量ux，最后根据控制量ux对DC/DC变换器进行控制输出下一采样周期的实际电流ix，实现了实际总电流itotal逼近期望电流itotalreq，上述控制过程均是基于蓄电池的荷电状态正常的条件下进行，解决了传统控制鲁棒性较差、容易振荡及控制量饱和的问题。为了实现以上目的，本专利技术采取的一种技术方案是：一种高鲁棒自稳定型混合储能系统复合功率控制方法，包含以下步骤：S1：获得直流母线侧下一采样周期总期望电流itotalreq，获取下一采样周期蓄电池的期望电流ibattreq及下一采样周期超级电容的期望电流icapreq；S2：建立两个二阶跟踪平滑预处理器y(vx1,vx2)＝SONTD(ixreq)求取期望电流的跟踪值vx1及跟踪趋势vx2，所述二阶跟踪平滑预处理器定义为：其中x∈{batt,cap}，rx为正实数，ixreq表示下一采样周期蓄电池或超级电容的期望电流，作为二阶跟踪平滑处理器的输入值，vx1表示蓄电池或超级电容的期望电流的跟踪值，vx2表示蓄电池或超级电容的期望电流的跟踪趋势；S3：建立无传感器状态观测器SLESO，根据当前采样周期蓄电池或超级电容的实际电流ix及控制量ux，求取蓄电池及超级电容当前采样周期内的实际电流的反馈值zx1、变化趋势zx2及系统扰动zx3和控制量ux的对应关系，其中x∈{batt,cap}；S4：建立高鲁棒控制器NLRC并结合系统扰动zx3求解控制量ux，即利用基于偏差ex1和微分偏差ex2的渐进鲁棒状态函数sx快速收敛求解蓄电池及超级电容的变换器控制量ux，其中，x∈{batt,cap}；S5：根据控制量ux对DC/DC变换器进行控制输出下一采样周期的实际电流ix，从而得到下一采样周期的实际总电流itotal＝ibatt*ubatt+icap*ucap；S6：获取蓄电池的荷电状态(SOC)，判断荷电状态(SOC)是否在正常工作范围以内：若是，进入步骤S1；若不是，发送停机信号，断开蓄电池侧所有负载。进一步地，步骤S1包含以下步骤：S11：根据直流母线侧的下一采样周期需求功率Ptotalreq，求取下一采样周期总期望电流itotalreq，所述itotalreq求取公式定义为：式中，Vbus为直流母线电压；S12：利用高频滤波器获得总期望电流itotalreq的高频分量ihreq，从而获得总期望电流itotalreq的低频分量ilreq＝itotalreq-ihreq。S13：根据超级电容预设的稳定端电压Vcapref，利用蓄电池为超级电容提供稳压电流控制量ibc，形成超级电容的自稳压策略SBVC，所述自稳压策略控制量ibc求取公式定义为：式中，vcap为超级电容的端电压瞬时值，k1和k2为正实数，T为一个采样周期；S14：求取下一采样周期蓄电池的期望电流ibattreq，所述ibattreq求取公式定义为：式中，为蓄电池变换器占空比，为超级电容变换器占空比，Vbatt为蓄电池的电压值；S15：求取下一采样周期超级电容的期望电流icapreq，所述icapreq求取公式定义为：进一步地，所述步骤S3中的蓄电池及超级电容当前采样周期内的实际电流的反馈值zx1及其微分值求取方程定义为：在所述无传感器状态观测器下，电池及超级电容当前采样周期内的实际电流的变化趋势zx2及其微分值系统扰动zx3及其微分值的求取方程定义为：式中，β1、β2、β3、c1、c2、δ、b为正实数，fal()为幂次函数其表达式如下：式中，δ和c为正实数，sgn()为符号函数。进一步地，步骤S4包含如下步骤：S41：获取蓄电池和超级电容下一采样周期的期望电流的跟踪值vx1与蓄电池和超级电容当前采样周期的实际电流的反馈值zx1的偏差ex1、蓄电池和超级电容下一采样周期的期望电流的跟踪趋势vx2与蓄电池和超级电容当前采样周期的实际电流的变化趋势zx2的微分偏差ex2，所述ex1及ex2的求取公式定义为：S42：建立高鲁棒控制器NLRC，即构造基于偏差ex1和微分偏差ex2的渐进鲁棒状态函数sx，所述sx定义式为：简化后式中，a1和a2满足0＜a1＜1＜a2＜2；S43：考虑系统扰动zx3,利用非线性趋近函数来逼近渐进鲁棒状态函数的一阶导数求取控制量ux，所述非线性趋近函数为：从而ux＝-b-1[ρ(ex2)-1(ex2+ksx+εsgn(sx))+zx3]，式中k和ε为正实数，ρ(ex2)表达式为：进一步地，其特征在于，所述蓄电池的荷电状态(SOC)利用无迹卡尔曼滤波器(UKF)获取。本专利技术的有益效果在于：(1)根据蓄电池功率密度低和超级电容功率密度高特性，采用期望电流itotalreq分层控制DC/DC变换器进行控制输出电流itotal，功能结构明晰，响应速度快，补偿效果好；(2)针对超级电容充放电端电压波动频繁的问题，采用了超级电容自稳压策略SBVC，通过蓄电池提供稳压补给电流，无需额外的稳压电源，结构简单，自稳压性能优秀；(3)下一采样周期蓄电池的期望电流ibattreq及下一采样周期超级本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高鲁棒自稳定型混合储能系统复合功率控制方法，其特征在于，包含以下步骤：/nS1：获得直流母线侧下一采样周期总期望电流i

【技术特征摘要】
1.一种高鲁棒自稳定型混合储能系统复合功率控制方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1：获得直流母线侧下一采样周期总期望电流itotalreq，获取下一采样周期蓄电池的期望电流ibattreq及下一采样周期超级电容的期望电流icapreq；
S2：建立两个二阶跟踪平滑预处理器y(vx1,vx2)＝SONTD(ixreq)求取期望电流的跟踪值vx1及跟踪趋势vx2，所述二阶跟踪平滑预处理器定义为：
其中x∈{batt,cap}，rx为正实数，ixreq表示下一采样周期蓄电池或超级电容的期望电流，作为二阶跟踪平滑处理器的输入值，vx1表示蓄电池或超级电容的期望电流的跟踪值，vx2表示蓄电池或超级电容的期望电流的跟踪趋势；
S3：建立无传感器状态观测器SLESO，根据当前采样周期蓄电池或超级电容的实际电流ix及控制量ux，求取蓄电池及超级电容当前采样周期内的实际电流的反馈值zx1、变化趋势zx2及系统扰动zx3和控制量ux的对应关系，其中x∈{batt,cap}；
S4：建立高鲁棒控制器NLRC并结合系统扰动zx3求解控制量ux，即利用基于偏差ex1和微分偏差ex2的渐进鲁棒状态函数sx快速收敛求解蓄电池及超级电容的变换器控制量ux，其中，
S5：根据控制量ux对DC/DC变换器进行控制输出下一采样周期的实际电流ix，从而得到下一采样周期的实际总电流itotal＝ibatt*ubatt+icap*ucap；
S6：获取蓄电池的荷电状态(SOC)，判断荷电状态(SOC)是否在正常工作范围以内：
若是，进入步骤S1；若不是，发送停机信号，断开蓄电池侧所有负载。


2.根据权利要求1所述的高鲁棒自稳定型混合储能系统复合功率控制方法，其特征在于，步骤S1包含以下步骤：
S11：根据直流母线侧的下一采样周期需求功率Ptotalreq，求取下一采样周期总期望电流itotalreq，所述itotalreq求取公式定义为：



式中，Vbus为直流母线电压；
S12：利用高频滤波器获得总期望电流itotalreq的高频分量ihreq，从而获得总期望电流itotalreq的低频分量ilreq＝itotalreq-ihreq。
S13：根据超级电容预设的稳定端电压Vcapref，利用蓄电池为超级电容提供稳压电流控制量ibc，形成超级电容的自稳压策略SBVC，所述自稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：茅靖峰，李鹏，顾菊平，吴爱华，张旭东，周翔，於锋，张雷，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32