[發明專利]燃料電池-超級電容混合供電系統的分散式功率分配法

有效

• 申請號: 201710557532.9
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107294118B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 陳家偉;宋清超
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28;H02J3/46
• 代理公司: 50218 重慶信航知識產權代理有限公司
• 代理人: 吳彬

1.一種燃料電池-超級電容混合供電系統的分散式功率分配法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟1：建立燃料電池-超級電容混合供電系統，其包括燃料電池、燃料電池的DC/DC變換器、超級電容、超級電容的DC/DC變換器和卸荷電路；

步驟2：設計控制器對燃料電池-超級電容混合供電系統進行控制

a1、采用帶電壓補償的虛擬電阻下垂控制器對燃料電池DC/DC變換器的外環電壓進行控制，以使其輸出電壓自動恢復到參考電壓，其輸出的伏安特性為：

式中，V_nom為直流母線的電壓標稱值，V_oFC和i_oFC分別為燃料電池DC/DC變換器的輸出電壓和輸出電流，R_v1為燃料電池DC/DC變換器的虛擬電阻，k_i1為燃料電池DC/DC變換器電壓補償環節的積分常數；

a2、采用電壓環PI控制器對燃料電池DC/DC變換器的內環電壓進行控制，并采用電流環PI控制器對燃料電池DC/DC變換器的內環電流進行控制；

b1：采用帶過充過放保護的虛擬電容下垂控制器對超級電容DC/DC變換器的外環電壓進行控制，以使其輸出的伏安特性為：

式中，V_nom為直流母線的電壓標稱值，V_oSC和i_oSC分別為超級電容DC/DC變換器的輸出電壓和輸出電流，C_v1、C_v2和C_v3為超級電容DC/DC變換器的虛擬電容，R_v2和R_v3為超級電容DC/DC變換器的虛擬電阻，k_i2和k_i3為超級電容DC/DC變換器電壓補償環節的積分常數，SoC為超級電容的荷電狀態；

b2、采用電壓環PI控制器對超級電容DC/DC變換器的內環電壓進行控制，并采用電流環PI控制器對超級電容DC/DC變換器的內環電流進行控制；

c：采用卸荷電路控制器對卸荷電路進行控制；

步驟3：對燃料電池-超級電容混合供電系統設置控制參數，以實現分散式動態功率分配；

a、當超級電容處于正常工作區，即超級電容的荷電狀態為0.3＜SoC＜0.7，負載電流在不同供電單元間的分配關系為：

將等式(3)和(4)利用標準形式改寫為：

式中，自然頻率ω_n和阻尼比ζ分別為：

根據濾波器截止頻率的定義有：

由等式(9)得到自然頻率ω_n為：

根據等式(7)、(8)和(10)得到：

b、當超級電容處于放電警戒區或禁止放電區時，即超級電容的荷電狀態為SoC≤0.3，負載電流在不同供電單元間的分配關系為：

根據等式(13)和(14)的標準形式得到二階濾波器G′_FC(s)和G′_SC(s)的自然頻率ω_n和阻尼比ζ分別為：

根據濾波器截止頻率的定義有：

根據拉普拉斯變換終值定理，設定二階濾波器G′_FC(s)和G′_SC(s)的穩態值滿足：

同時設定二階濾波器G′_FC(s)的截止頻率、燃料電池支路的參數以及期望的系統動態響應保持不變，即ω_c、R_v1、k_i1、ζ保持不變；

c、當超級電容處于充電警戒區或禁止充電區時，即超級電容的荷電狀態為SoC≥0.7，負載電流在不同供電單元間的分配關系為：

根據等式(20)和(21)的標準形式可得，二階濾波器G″_FC(s)和G″_SC(s)的自然頻率ω_n和阻尼比ζ分別為：

根據濾波器截止頻率的定義有：

根據拉普拉斯變換終值定理，設定二階濾波器G″_FC(s)和G″_SC(s)的穩態值滿足：

同時設定二階濾波器G″_FC(s)的截止頻率、燃料電池支路的參數以及期望的系統動態響應保持不變，即ω_c、R_v1、k_i1、ζ保持不變。