[發(fā)明專利]一種超級(jí)電容充放電過(guò)程切換控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410085603.6
• 申請(qǐng)日: 2014-03-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103904734A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋秀蘭;俞立;孟利民;彭宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J7/00
• 分類號(hào): H02J7/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

1.一種超級(jí)電容充放電過(guò)程切換控制方法，包括如下步驟：

步驟一、根據(jù)超級(jí)電容充放電機(jī)理，建立超級(jí)電容充放電過(guò)程動(dòng)態(tài)模型，并通過(guò)適當(dāng)假設(shè)來(lái)簡(jiǎn)化該模型；超級(jí)電容充放電過(guò)程動(dòng)態(tài)模型設(shè)計(jì)以超級(jí)電容的剩余荷電狀態(tài)的變化表示充放電過(guò)程，荷電狀態(tài)等于剩余電量/最大儲(chǔ)能電量，應(yīng)用能量守恒原理，建立超級(jí)電容的充放電過(guò)程的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，如下：

dQ(t)dt-σcQ(t)+ηcP(t)---(1)]]>

dQ(t)dt=-σdQ(t)+P(t)ηd---(2)]]>

其中，式（1）表示充電過(guò)程動(dòng)態(tài)模型，式（2）表示放電過(guò)程動(dòng)態(tài)模型，t表示充放電的時(shí)間（min），Q表示超級(jí)電容的荷電狀態(tài)，P表示充放電功率（MW/min），σ_c表示充電過(guò)程的自放電率（%/min），η_c表示充電效率（%），σ_d表示放電過(guò)程的自放電率（%/min），1/η_d表示放電效率（%）；

步驟二、考慮實(shí)際超級(jí)電容的充放電的情況，對(duì)超級(jí)電容充放電模型進(jìn)行變換設(shè)計(jì)；令Q_max為最大貯能電量，Q_ce為充電過(guò)程控制目標(biāo)貯能電量；P_ce對(duì)應(yīng)Q_ce的控制目標(biāo)充電功率；Q_de為放電過(guò)程控制目標(biāo)貯能電量；P_de對(duì)應(yīng)Q_de的控制目標(biāo)放電功率；其中，Q_ce和Q_de由上一級(jí)電網(wǎng)充放電功率配置單元計(jì)算給定。定義充電過(guò)程狀態(tài)變量輸入變量u=P-P_ce；放電過(guò)程狀態(tài)變量輸入變量u=P-P_de。整理可得

dx(t)dt=-σcx(t)+ηcu(t)Qmax---(3)]]>

dx(t)dt=-σdx(t)+u(t)ηd---(4)]]>

步驟三、采用共同控制Lyapunov函數(shù)，構(gòu)造一個(gè)解析的切換狀態(tài)反饋控制律?？紤]超級(jí)電容充放電變換模型式（3）和（4），令A(yù)₁=-σ_c,A₂=-σ_d,則求解如下的不等式方程組

A1X+XA1-XB12X<0A2X+XA2-XB22X<0---(5)]]>

其中X是未知變量，且X>0。求解式（5）得

X>0????(6)

取X=X₀，其滿足不等式公式（6）的一個(gè)值，構(gòu)造如下充電過(guò)程輸入函數(shù)u_c(t)和放電過(guò)程輸入函數(shù)u_d(t)：

uc(t)=σcQmax-θ1Qmax2σc2+4θ2X02ηc4Qmax2ηcx(t)---(7)]]>

ud(t)=(σdQmaxηd-θ1Qmax2ηd2σc2+4θ2X02Qmax2ηd2)x(t)---(8)]]>

其中，θ₁>0和θ₂>0為可調(diào)參數(shù)，則定義如下充電過(guò)程控制器（9），其中

P(t)=u_c(t)+P_ce????(9)

放電過(guò)程功率控制器，其中

P(t)=u_d(t)+P_de????(10)

步驟四，電容充放電的執(zhí)行，在超級(jí)電容充放電控制計(jì)算機(jī)上運(yùn)行實(shí)施，可以大致分為3個(gè)階段：

4.1參數(shù)設(shè)置，包括模型參數(shù)和充放電過(guò)程目標(biāo)參數(shù)。在模型導(dǎo)入界面中，輸入超級(jí)電容充放電最大的貯能電荷量Q_max；充電和放電過(guò)程自放電率（%/min）σ_c和σ_d；超級(jí)電容充電效率為η_c；超級(jí)電容放電效率1/η_d。在控制參數(shù)設(shè)置界面中，輸入充電過(guò)程控制目標(biāo)貯能電量Q_ce和控制目標(biāo)充電功率P_ce；放電過(guò)程控制目標(biāo)貯能電量Q_de和控制目標(biāo)放電功率P_de。輸入?yún)?shù)確認(rèn)后，由控制計(jì)算機(jī)將設(shè)置數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)單元RAM中保存；

4.2離線調(diào)試；點(diǎn)擊組態(tài)界面中的“調(diào)試”按鈕，超級(jí)電容充放電控制系統(tǒng)進(jìn)入控制器調(diào)試階段。分別考慮充電過(guò)程和放電過(guò)程，以狀態(tài)變量變化1個(gè)單位量為控制目標(biāo)，調(diào)整組態(tài)界面中的控制器參數(shù)θ₁和θ₂，觀測(cè)狀態(tài)變量即荷電量和輸入變量即充放電功率的控制效果，由此確定一組能良好控制超級(jí)電容充放電過(guò)程的控制器參數(shù)值。參數(shù)θ₁和θ₂的取值規(guī)則：θ₁和θ₂為正實(shí)數(shù)，即θ₁>0和θ₂>0。參數(shù)θ₁和θ₂的取值規(guī)則：增大θ₁和θ₂的值將縮短充放電過(guò)程的過(guò)渡時(shí)間，但增大充放電過(guò)程的電容荷電量變化和功率值，增加對(duì)充放電過(guò)程擾動(dòng)的敏感性；相反，減小θ₁和θ₂的值將延長(zhǎng)充放電過(guò)程的過(guò)渡時(shí)間，但減小充放電過(guò)程的電容荷電量變化和功率值，降低對(duì)充放電過(guò)程擾動(dòng)的敏感性；因此，實(shí)際調(diào)試控制器參數(shù)θ₁和θ₂時(shí)，應(yīng)在充放電過(guò)程的過(guò)渡時(shí)間、電容荷電量變化和功率值容許的范圍內(nèi)綜合權(quán)衡；

4.3在線運(yùn)行；點(diǎn)擊組態(tài)界面“運(yùn)行”按鈕，啟動(dòng)超級(jí)電容充放電控制計(jì)算機(jī)的CPU讀取超級(jí)電容充放電過(guò)程模型參數(shù)、充放電過(guò)程目標(biāo)參數(shù)和最佳控制器參數(shù)，并執(zhí)行“超級(jí)電容充放電過(guò)程控制程序”，通過(guò)在線測(cè)量超級(jí)電容的實(shí)際荷電量，控制充電和放電過(guò)程的充入功率和放出功率，實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容充放電過(guò)程的有效控制。