【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及混合储能，具体涉及一种基于分数阶滑模的混合储能系统下垂控制能量管理方法。
技术介绍
1、能源是人类赖以生存和发展的基础，当今最重要的能源是电力，其次是石油和天然气。随着储能技术的不断发展，微电网不再是一个简单的独立元素集合，而是一个功能交织的协调系统，微电网也需要不断升级和优化，以适应多种储能单元的接入和使用。同时随着储能技术的不断发展和微电网技术的不断成熟，微电网将成为未来电力系统的重要组成部分。
2、在储能单元中，燃料电池、锂电池、超级电容受到了工业界和学术界的高度关注，且在直流微电网领域具有广阔的应用前景。但这三种常用的储能单元都有其各自的优缺点，不再能单独满足人们对系统提出的高要求。而混合储能系统(hess)便是一种结合不同储能单元的系统，可以克服单一储能单元的局限性，提高微电网的效率和可靠性。hess不仅可以平衡微电网负荷，提高微电网稳定性和可靠性，还可以增大响应速度。但由于储能单元的间歇性、随机性以及直流负荷的波动性，直流微电网的稳定性会受到影响，因此能量管理策略在混合储能系统中尤为重要。
3、现有hess的能量管理策略可以分成三大类：基于规则、基于优化和基于数据驱动的方法。
4、基于规则的策略是最简单和最常见的方法之一，它通过使用预定的规则集来控制能量系统的操作。基于规则的方法可以快速实施，并且对计算资源要求较低。然而，它通常缺乏对外部未知负载的量化和自身内部状态的评估，因此可能无法适应系统的变化和优化运行。
5、基于优化的策略通过数学优化模型来确定最优
6、基于数据驱动的策略利用历史数据和机器学习技术构建能量管理和预测模型，其可以在没有精确模型的情况下进行系统优化，但需要准确的历史数据和模型训练时间。此外，由于机器学习方法的黑盒特性，解释性和可靠性方面可能存在一定挑战。机器学习方法执行系统检查不需要绝对模型知识，但需要创建一个准确的数据库，它会直接影响控制性能和计算难度。
7、上述能量管理策略往往忽略了系统非线性的行为，将其作为线性系统处理，所以在系统稳定性、响应速度和电流电压跟踪精度上，存在改进的空间，可以达到更加稳定、更快响应、误差更小的状态。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是针对上述技术的不足，提供一种基于分数阶滑模的混合储能系统下垂控制能量管理方法，提高了系统稳定性、响应速度和电流电压跟踪精度，在动态工况或面对干扰的情况下，对燃料电池、超级电容和锂电池电流参考值稳定跟踪，并维持直流母线电压稳定。
2、为实现上述目的，本专利技术所涉及的基于分数阶滑模的混合储能系统下垂控制能量管理方法，使用的混合储能系统包括与直流母线连接的燃料电池、锂电池、超级电容和负载，燃料电池通过单向dc/dc变换器和负载连接，锂电池和超级电容均通过双向dc/dc变换器和负载连接，根据超级电容的荷电状态 socsc，实时判断直流母线的负载功率 pload与系统最大输出功率和最大回收功率的关系，分别根据电压与功率的下垂特性和最大功率运行得到燃料电池、超级电容、锂电池的参考功率，进行功率分配，基于分数阶滑模控制解决系统非线性行为对系统稳定性的影响，形成闭环控制。
3、优选地，具体包括如下步骤：
4、a）数据采集：实时采集超级电容的荷电状态 socsc和锂电池的荷电状态 socb，燃料电池的输出电压 vfc和输出电流 ifc、超级电容的输出电压 vsc和输出电流 isc、锂电池的输出电压 vb和输出电流 ib、直流母线电压 vdc和负载功率 pload；
5、b）最大功率预测：根据燃料电池、超级电容和锂电池的特性预测混合储能系统的最大输出功率和最大回收功率；
6、c）能量管理：根据超级电容的荷电状态 socsc和直流母线的负载功率 pload进行功率分配，得到燃料电池的参考功率 pfc_ref、超级电容的参考功率 psc_ref、锂电池的参考功率 pb_ref；
7、d）分数阶滑模：基于分数阶滑模控制解决系统非线性行为对系统稳定性的影响，形成闭环控制。
8、优选地，所述步骤b）中，进行最大功率预测时，基于燃料电池能长时间稳定工作的特性，在预测期间，其提供的最大输出功率保持不变，为 pfcmax；
9、基于锂电池的电压稳定，其最大充放电功率与 socb无关，取得其最大输出功率为 pbmax，最小回收功率 pbmin；
10、基于超级电容能量密度低，电压会随着充放电过程逐渐衰减的特性，超级电容的输出功率与其荷电状态 socsc的关系如下所示：
11、
12、，
13、其中， pscd为超级电容在放电过程中的最大输出功率，放电过程中， socsc0为超级电容输出功率与 socsc成非线性关系的点，当时，超级电容最大输出功率恒定为， pscc为超级电容在充电过程中的最大回收功率，充电过程中， socsc1为超级电容回收功率与 socsc成非线性关系的点，当，超级电容最大回收功率恒定为， a1、 b1、 c1、 a2、 b2、 c2为系数；由此，系统最大输出功率，系统最大回收功率。
14、优选地，所述步骤c）中，进行功率分配时，判断直流母线的负载功率 pload是否大于0：
15、若 pload大于0，则判断 pload与系统最大输出功率 本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于分数阶滑模的混合储能系统下垂控制能量管理方法，使用的混合储能系统包括与直流母线连接的燃料电池、锂电池、超级电容和负载，燃料电池通过单向DC/DC变换器和负载连接，锂电池和超级电容均通过双向DC/DC变换器和负载连接，其特征在于：根据超级电容的荷电状态SOCSC，实时判断直流母线的负载功率Pload与系统最大输出功率和最大回收功率的关系，分别根据电压与功率的下垂特性和最大功率运行得到燃料电池、超级电容、锂电池的参考功率，进行功率分配，基于分数阶滑模控制解决系统非线性行为对系统稳定性的影响，形成闭环控制。
2.如权利要求1所述基于分数阶滑模的混合储能系统下垂控制能量管理方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
3.如权利要求2所述基于分数阶滑模的混合储能系统下垂控制能量管理方法，其特征在于：所述步骤B）中，进行最大功率预测时，基于燃料电池能长时间稳定工作的特性，在预测期间，其提供的最大输出功率保持不变，为PFCmax；
4.如权利要求3所述基于分数阶滑模的混合储能系统下垂控制能量管理方法，其特征在于：所述步骤C）中，进行功率分配时，判断直流
5.如权利要求4所述基于分数阶滑模的混合储能系统下垂控制能量管理方法，其特征在于：基于分数阶滑模的下垂控制进行能量管理时，使用锂电池输出功率补充缺额功率，锂电池的参考功率，直流母线电压Vdc和混合储能系统输出功率PHESS存在如下式的下垂关系：，，式中，Vdc_ref为直流母线电压参考值，β为下垂系数，燃料电池和超级电容的输出功率如下所示：，，，式中，PSC&FC_ref为放电过程中燃料电池参考功率PFC_ref和超级电容参考功率PSC_ref之和，mSC&FC为对应的下垂系数，mFCD和mSCD分别为燃料电池和超级电容在放电过程中的下垂系数，为充电过程中燃料电池的最小输出功率，为超级电容在充电过程中的下垂系数；超级电容调整因子如下所示：，式中，RD和RC分别为放电与充电状态下的超级电容的调整因子，SOCSC、SOCSCL和SOCSCH分别为超级电容SOC的实时值、最小值以及最大值，放电过程中，燃料电池和超级电容的下垂数分别表示为：，式中，C1为常数，在下垂控制中，系统负载功率的分配结果为，。
6.如权利要求5所述基于分数阶滑模的混合储能系统下垂控制能量管理方法，其特征在于：所述步骤D）中，基于分数阶滑模控制解决系统非线性行为时，计算燃料电池侧电流分数阶滑模控制率，包括如下步骤：
7.如权利要求5所述基于分数阶滑模的混合储能系统下垂控制能量管理方法，其特征在于：所述步骤D）中，基于分数阶滑模控制解决系统非线性行为时，计算超级电容侧电流分数阶滑模控制率，包括如下步骤：
8.如权利要求5所述基于分数阶滑模的混合储能系统下垂控制能量管理方法，其特征在于：所述步骤D）中，基于分数阶滑模控制解决系统非线性行为时，计算锂电池侧电流分数阶滑模控制率，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于分数阶滑模的混合储能系统下垂控制能量管理方法，使用的混合储能系统包括与直流母线连接的燃料电池、锂电池、超级电容和负载，燃料电池通过单向dc/dc变换器和负载连接，锂电池和超级电容均通过双向dc/dc变换器和负载连接，其特征在于：根据超级电容的荷电状态socsc，实时判断直流母线的负载功率pload与系统最大输出功率和最大回收功率的关系，分别根据电压与功率的下垂特性和最大功率运行得到燃料电池、超级电容、锂电池的参考功率，进行功率分配，基于分数阶滑模控制解决系统非线性行为对系统稳定性的影响，形成闭环控制。
2.如权利要求1所述基于分数阶滑模的混合储能系统下垂控制能量管理方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
3.如权利要求2所述基于分数阶滑模的混合储能系统下垂控制能量管理方法，其特征在于：所述步骤b）中，进行最大功率预测时，基于燃料电池能长时间稳定工作的特性，在预测期间，其提供的最大输出功率保持不变，为pfcmax；
4.如权利要求3所述基于分数阶滑模的混合储能系统下垂控制能量管理方法，其特征在于：所述步骤c）中，进行功率分配时，判断直流母线的负载功率pload是否大于0：
5.如权利要求4所述基于分数阶滑模的混合储能系统下垂控制能量管理方法，其特征在于：基于分数阶滑模的下垂控制进行能量管理时，使用锂电池输出功率补充缺额功率，锂电池的参考功率，直流母线电压vdc和混合储能系统输出功率phess存在如下式的下垂关系...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨扬，杨远航，谢长君，王瀚，刘晏君，朱文超，韦鹏，杨文龙，熊斌宇，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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