[發(fā)明專利]基于模糊算法和DSP的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)及功率平滑方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310462729.6
• 申請(qǐng)日: 2013-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN103501018A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬幼捷;鄧大龍;周雪松;李超;徐曉寧;谷海清;馬玲;梁歡;王彩明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/32
• 分類號(hào): H02J3/32
• 代理公司: 天津天麓律師事務(wù)所 12212
• 代理人: 王里歌

1.一種基于模糊算法DSP控制的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于它包括主電路單元、同步信號(hào)檢測(cè)電路單元和DSP控制器；其中，所述同步信號(hào)檢測(cè)單元從主電路采集信號(hào)，其輸出端連接DSP控制器的輸入端；所述DSP控制器的輸出端與主電路相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于模糊算法DSP控制的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于它所述主電路單元由無(wú)窮大電網(wǎng)、三相電力變壓器、濾波單元、雙向AC-DC變換器、雙向DC-DC變換器A、雙向DC-DC變換器B和混合儲(chǔ)能單元構(gòu)成；其中，所述無(wú)窮大大電網(wǎng)的輸出端連接三相電力變壓器輸入端；所述三相電力變壓器輸出端連接濾波單元的輸入端；所述濾波單元的輸出端連接雙向AC-DC變換器的輸入端；所述雙向AC-DC變換器的輸出端分別連接兩個(gè)雙向DC-DC變換器的輸入端；所述的雙向DC-DC變換器A和雙向DC-DC變換器B分別連接混合儲(chǔ)能單元的輸入端。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于模糊算法DSP控制的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述混合儲(chǔ)能單元是由蓄電池組和超級(jí)電容器組構(gòu)成；所述蓄電池組的輸入端與雙向DC-DC變換器A的輸出端連接；所述超級(jí)電容器的輸入端與雙向DC-DC變換器B的輸出端連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于模糊算法DSP控制的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述雙向DC-DC變換器A和雙向DC-DC變換器B能夠?qū)崿F(xiàn)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)和電網(wǎng)側(cè)能量的雙向流動(dòng)，可以用來(lái)維持直流側(cè)的電壓和頻率的恒定，起到穩(wěn)壓作用的由IGBT模塊構(gòu)成的雙向DC-DC變換器。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于模糊算法DSP控制的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述DSP控制器由捕獲單元、轉(zhuǎn)換器ADCIN0、轉(zhuǎn)換器ADCIN1單元、驅(qū)動(dòng)單元、PWM脈沖產(chǎn)生單元和模糊控制算法單元構(gòu)成；其中，所述捕獲單元的輸入端接收同步信號(hào)檢測(cè)單元發(fā)出的三相電流和三相電壓信號(hào)，其輸出端連接模糊控制算法單元的輸入端；所述模糊控制算法單元的輸入端還與轉(zhuǎn)換器ADCIN0單元的輸出端，同時(shí)模糊控制算法單元還與轉(zhuǎn)換器ADCI1單元呈雙向連接，其輸出端與PWM脈沖產(chǎn)生單元的輸入端連接；所述驅(qū)動(dòng)單元的輸入端接收來(lái)自PWM脈沖產(chǎn)生單元發(fā)出的脈沖信號(hào)，其輸出端連接雙向DC-DC變換器A單元的IGBT模塊；所述轉(zhuǎn)換器ADCIN0單元的輸入端采集雙向DC-DC變換器B出線端的電流信號(hào)；所述轉(zhuǎn)換器ADCIN1單元的輸入端采集雙向DC-DC變換器B出線端的電壓信號(hào)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種基于模糊算法DSP控制的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于所述DSP控制器是處理數(shù)據(jù)指令周期為50ns、采用數(shù)據(jù)并行處理技術(shù)的集成ADC轉(zhuǎn)換器、串行通訊協(xié)議、9路PWM發(fā)生接口和輸入輸出口的TI公司的TMS320F240DSP芯片。

7.一種基于模糊算法和DSP的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率平滑方法，其特征在于它是由以下步驟構(gòu)成：

⑴同步信號(hào)檢測(cè)電路單元實(shí)時(shí)地采集三相電網(wǎng)中的三相電流信號(hào)和電壓信號(hào)，并將其傳送給DSP控制器中的捕獲單元，等待其對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；

⑵DSP控制器的捕獲單元根據(jù)得到的同步信號(hào)檢測(cè)電路單元送入的電壓電流信號(hào)后，同時(shí)獲取控制器ADCIN0和控制器ADCIN1單元的信號(hào)，由模糊控制算法單元編寫模糊的控制算法；

⑶DSP控制器單元根據(jù)編寫好的雙閉環(huán)控制策略和模糊控制算法，將其輸出給PWM脈沖產(chǎn)生單元，使其發(fā)生算法下的PWM脈沖信號(hào)，從而使驅(qū)動(dòng)單元來(lái)控制兩個(gè)雙向DC-DC變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)交流側(cè)和直流側(cè)的功率交換以及穩(wěn)定直流側(cè)電壓的控制；

⑷當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出的功率充足時(shí)，兩個(gè)雙向DC-DC變換器將多余的能量?jī)?chǔ)存于蓄電池儲(chǔ)能單元和超級(jí)電容器儲(chǔ)能單元中；

⑸當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出的功率不足時(shí)，蓄電池組儲(chǔ)能單元和超級(jí)電容器組儲(chǔ)能單元將放電，把儲(chǔ)存的能量通過雙向AC-DC變換器和兩個(gè)雙向DC-DC變換器回饋至三相電網(wǎng)，以維持并網(wǎng)功率的平衡。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種基于模糊算法和DSP的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率平滑方法，其特征在于所述步驟⑶中的模糊控制算法采用了狀態(tài)平均的方法對(duì)雙向DC-DC變換器進(jìn)行模型的建立，然后運(yùn)用雙閉環(huán)控制策略對(duì)雙向DC-DC變換器的開關(guān)管IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷進(jìn)行控制，它由以下步驟構(gòu)成：

①設(shè)雙向DC-DC變換器的開關(guān)管導(dǎo)通的占空比為d=t_on/T，電感電流為I₁，輸出電壓為V₀，取I₁和V₀為狀態(tài)變量；根據(jù)開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷兩個(gè)階段，分別列寫狀態(tài)方程，

X·=A1x+B1viny=C1x---(1)]]>

X·=A2x+B2viny=C2x---(2)]]>

（1）式和（2）中，d為開關(guān)管導(dǎo)通的占空比，d=t_on/T，t_on為導(dǎo)通時(shí)間，T為開關(guān)周期，x=[i_L,V_c]，x是狀態(tài)變量，i_L是電感電流，V_c是電容電壓，V_m是開關(guān)變換器的輸入電壓，y為輸出狀態(tài)變量，A₁、A₂、B₁、B₂、C₁、C₂為系數(shù)矩陣，與電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)；

②電路開關(guān)導(dǎo)通時(shí)：A1=000-1RC,B1=1L0,C1=0110]]>

此時(shí)狀態(tài)方程為：ddtI1V0=000-1RCI1V0+1L0Vm---(3)]]>

電路開關(guān)斷開時(shí)：A20-1L1C-1RC,B2=1L0,C2=0110]]>

此時(shí)狀態(tài)方程為：ddtI1V0=0-1L1C-1RCI1V0+1L0Vm---(4)]]>

綜合上式，狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型為：

ddtI1V0=0-1-dL1-dC-1RCI1V0+1L0Vm---(5)]]>

③采用模糊控制器與積分環(huán)節(jié)構(gòu)造其控制器，雙向DC-DC變換器輸出端的實(shí)際電壓值和電壓參考值V_ref相比較之后，得到e_u(k)作為模糊控制器的第一個(gè)輸入量，再將e_u(k)經(jīng)過Z變換與e_u(k)相比較得到，模糊控制器的第二個(gè)輸入量。模糊控制器的輸出量i_{Lref_p}，與i_{Lref_I}相疊加得到i_Lref，i_Lref與電感電流的實(shí)際值相比較得到PI調(diào)節(jié)器的輸入量，經(jīng)過比例積分運(yùn)算后得到PWM脈沖信號(hào)。