本发明专利技术公开了一种超级电容荷电状态计算方法、装置、存储介质及计算设备，本发明专利技术以超级电容荷电状态和普通电容电压为观测值，在传统指数趋近律的基础上引入了输出变量的积分项、状态变量的变指数积分幂次项和饱和函数，构建滑模观测器，通过滑模观测器进行超级电容荷电状态计算，相较于传统的方法准确度高。相较于传统的方法准确度高。相较于传统的方法准确度高。
【技术实现步骤摘要】
超级电容荷电状态计算方法、装置、存储介质及计算设备
[0001]本专利技术涉及一种超级电容荷电状态计算方法、装置、存储介质及计算设备，属于储能元件领域。
技术介绍
[0002]随着储能技术的快速发展，超级电容由于功率密度大、工作温度范围宽、循环寿命长等优点得到了广泛的关注，在新能源渗透率较高的电网中起到了功率波动抑制、负载功率补偿、系统调峰和改善电能质量的作用，适用于高能量输入/输出的场合。
[0003]超级电容作为一个复杂的非线性系统储能元件，其安全、可靠的运行对电网的正常工作来说至关重要，其配套的实时状态监控与优化管理策略不可或缺。在实际应用中，荷电状态(State of Charge,SOC)用于表征超级电容剩余存储电量的多少，受到超级电容内部各个参数、运行工况和温度的影响，该值并不能直接获得，需要对SOC进行准确地计算。常用的超级电容SOC计算方法包括离线辨识、安时计量法，准确度均不高。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供了一种超级电容荷电状态计算方法、装置、存储介质及计算设备，解决了现有方法准确度不高的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]超级电容荷电状态计算方法，包括：
[0007]采集超级电容的端电流和端电压；
[0008]根据超级电容的端电流和端电压，采用预先构建的以超级电容荷电状态和普通电容电压为观测值的滑模观测器，计算超级电容荷电状态；其中，滑模观测器的趋近律为在传统指数趋近律的基础上增加了输出变量的积分项和状态变量的变指数积分幂次项、采用饱和函数代替符号函数。
[0009]预先构建以超级电容荷电状态和普通电容电压为观测值的滑模观测器，包括：
[0010]将超级电容等效为二阶RC等效电路；
[0011]以超级电容的端电流为输入变量，端电压为输出变量，根据二阶RC等效电路，获取超级电容输入输出状态空间方程；
[0012]根据超级电容输入输出状态空间方程，构建以超级电容荷电状态和普通电容电压为观测值的滑模观测器。
[0013]超级电容输入输出状态空间方程为：
[0014][0015][0016]其中，U1为二阶RC等效电路中主电容的电压，U2为二阶RC等效电路中次电容的电压，C1为主电容的电容值，C2为次电容的电容值，R1为主电容并联电阻的电阻值，R2为次电容并联电阻的电阻值，SOC为超级电容荷电状态，Q
N
为超级电容的额定容量，I
SC
为超级电容的端电流，R0为二阶RC等效电路中串联电阻的电阻值，U1′
为U1的导数，U2′
为U2的导数，SOC
′
为SOC的导数，y为超级电容端电压。
[0017]滑模观测器的趋近律为：
[0018][0019]其中，s
′
为滑模观测器的趋近律，k、k1、k2、W均为大于0的常数，ε为增益，sgn为符号函数，sat为饱和函数，γ为系数，为观测器观测出来的值，包括超级电容荷电状态SOC的观测值和普通电容电压的观测值，t为时间，为滑模观测器的输出，为超级电容端电压的估计值，y为超级电容端电压。
[0020]超级电容荷电状态计算装置，包括：
[0021]采集模块，采集超级电容的端电流和端电压；
[0022]计算模块，根据超级电容的端电流和端电压，采用预先构建的以超级电容荷电状态和普通电容电压为观测值的滑模观测器，计算超级电容荷电状态；其中，滑模观测器的趋近律为在传统指数趋近律的基础上增加了输出变量的积分项和状态变量的变指数积分幂次项、采用饱和函数代替符号函数。
[0023]还包括预先构建模块；预先构建模块，预先构建以超级电容荷电状态和普通电容电压为观测值的滑模观测器；
[0024]预先构建模块包括：
[0025]等效模块，将超级电容等效为二阶RC等效电路；
[0026]状态空间方程模块，以超级电容的端电流为输入变量，端电压为输出变量，根据二阶RC等效电路，获取超级电容输入输出状态空间方程；
[0027]滑模观测器构建模块，根据超级电容输入输出状态空间方程，构建以超级电容荷电状态和普通电容电压为观测值的滑模观测器。
[0028]状态空间方程模块中获取的超级电容输入输出状态空间方程为：
[0029][0030][0031]其中，U1为二阶RC等效电路中主电容的电压，U2为二阶RC等效电路中次电容的电压，C1为主电容的电容值，C2为次电容的电容值，R1为主电容并联电阻的电阻值，R2为次电容并联电阻的电阻值，SOC为超级电容荷电状态，Q
N
为超级电容的额定容量，I
SC
为超级电容的端电流，R0为二阶RC等效电路中串联电阻的电阻值，U1′
为U1的导数，U2′
为U2的导数，SOC
′
为SOC的导数，y为超级电容端电压。
[0032]滑模观测器的趋近律为：
[0033][0034]其中，s
′
为滑模观测器的趋近律，k、k1、k2、W均为大于0的常数，ε为增益，sgn为符号函数，sat为饱和函数，γ为系数，为观测器观测出来的值，包括超级电容荷电状态SOC的观测值和普通电容电压的观测值，t为时间，为滑模观测器的输出，为超级电容端电压的估计值，y为超级电容端电压。
[0035]一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行超级电容荷电状态计算方法的步骤。
[0036]一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行超级电容荷电状态计算方法的步骤。
[0037]本专利技术所达到的有益效果：本专利技术以超级电容荷电状态和普通电容电压为观测值，在传统指数趋近律的基础上引入了输出变量的积分项、状态变量的变指数积分幂次项和饱和函数，构建滑模观测器，通过滑模观测器进行超级电容荷电状态计算，相较于传统的方法准确度高。
附图说明
[0038]图1为本专利技术计算方法的总原理图；
[0039]图2为等效的二阶RC等效电路图；
[0040]图3为改进指数趋近律的原理图；
[0041]图4为滑模观测器的原理图。
具体实施方式
[0042]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0043]超级电容荷电状态计算方法，包括以下步骤：
[0044]步骤1，采集超级电容的端电流和端电压；
[0045]步骤2，根据超级电容的端电流和端电压，采用预先构建的以超级电容荷电状态和普通电容电压为观测值的滑模观测器，计算超级电容荷电状态；其中，滑模观测器的趋近本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.超级电容荷电状态计算方法，其特征在于，包括：采集超级电容的端电流和端电压；根据超级电容的端电流和端电压，采用预先构建的以超级电容荷电状态和普通电容电压为观测值的滑模观测器，计算超级电容荷电状态；其中，滑模观测器的趋近律为在传统指数趋近律的基础上增加了输出变量的积分项和状态变量的变指数积分幂次项、采用饱和函数代替符号函数。2.根据权利要求1所述的超级电容荷电状态计算方法，其特征在于，预先构建以超级电容荷电状态和普通电容电压为观测值的滑模观测器，包括：将超级电容等效为二阶RC等效电路；以超级电容的端电流为输入变量，端电压为输出变量，根据二阶RC等效电路，获取超级电容输入输出状态空间方程；根据超级电容输入输出状态空间方程，构建以超级电容荷电状态和普通电容电压为观测值的滑模观测器。3.根据权利要求2所述的超级电容荷电状态计算方法，其特征在于，超级电容输入输出状态空间方程为：状态空间方程为：其中，U1为二阶RC等效电路中主电容的电压，U2为二阶RC等效电路中次电容的电压，C1为主电容的电容值，C2为次电容的电容值，R1为主电容并联电阻的电阻值，R2为次电容并联电阻的电阻值，SOC为超级电容荷电状态，Q
N
为超级电容的额定容量，I
SC
为超级电容的端电流，R0为二阶RC等效电路中串联电阻的电阻值，U1′
为U1的导数，U2′
为U2的导数，SOC
′
为SOC的导数，y为超级电容端电压。4.根据权利要求1或2所述的超级电容荷电状态计算方法，其特征在于，滑模观测器的趋近律为：其中，s
′
为滑模观测器的趋近律，k、k1、k2、W均为大于0的常数，ε为增益，sgn为符号函
数，sat为饱和函数，γ为系数，为观测器观测出来的值，包括超级电容荷电状态SOC的观测值和普通电容电压的观测值，t为时间，为滑模观测器的输出，为超级电容端电压的估计值，y为超级电容端电压。5.超级电容荷电状态计算装置，其特征在于，包括：采集模块，用于采集超级电容的端电流和端电压；计算模块，用于根据超级电容的端电流和端电压，采用预先构建的以超级电容荷电状态和普通电容电压为观测值的滑模观测器，计算超级电容荷电状态；其中，滑模观测器的趋近律为在传统指数趋近律的基础上增加了输出变量的积分项和状态变量的...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛雪峰，史明明，张军，张宸宇，刘瑞煌，姜云龙，喻建瑜，潘益，吴凡，
申请(专利权)人：江苏省电力试验研究院有限公司国网江苏省电力有限公司双创中心，
类型：发明
国别省市：
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