[發明專利]一種微源與超級電容器之間最優能量管理的控制方法

在審

• 申請號: 201811249329.6
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN109412201A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 周丹;任志偉;戴慧雯
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

1.一種微源與超級電容器之間最優能量管理的控制方法，其特征在于，該方法用于在由光伏PV和固體氧化物燃料電池SOFC作為兩個微源的分布式發電系統連接到孤島微電網的并聯VSC之間的比例功率共享，所述方法包括以下步驟：

S1:建立光伏模型

PV電池由于p-n結暴露于太陽輻射中，而在PV電池中產生的電流，在等效電路模型中用非線性直流電流源I_L表示，其中PV電池的p-n結用等效二極管表示，將光伏電池半導體表面的薄層電阻等效為串聯電阻R_s，當二極管反向偏置時，泄漏到地的電流由分流電阻R_sh表示；

由基爾霍夫定律可知，PV模塊的終端電流表示為：

I＝I_L-I_D (1)

其中I為PV模塊的終端電流，I_L為PV電池產生的光電流，I_D為二極管通過的電流；

光電流I_L表示為：

其中K_i，ΔT，G，分別是標稱條件下太陽輻照度產生的參考電流，最大PV電池電流的溫度系數，單位A/°K，實際溫度和標稱溫度之間的差異，PV模塊表面上的輻照度和標稱輻照度，單位1000W/m²；

二極管電流I_D計算如下：

其中I₀和V_t分別是在沒有太陽輻照度和PV電池熱電壓的情況下的二極管飽和電流，PV電池熱電壓表示為：

其中N_s為串聯的PV電池數，K是玻爾茲曼常數，1.3806×10^-23J/K，q為電子電荷值，1.602×10^-19J/K，T為開爾文為單位的實際溫度，a為二極管理想常數，1<a<1.5，并且二極管的飽和電流取決于溫度，表示為：

其中為標稱溫度，25℃，為標稱條件下二極管的飽和電流，E_g為帶隙能量；

飽和電流表示為：

其中分別是PV模塊的開路電壓，短路電流和標稱熱電壓，上述表示在標稱輻照度和溫度下的單個PV電池的參數，因此，要獲得整個PV模塊的參數值，它將按比例縮放為：

其中N_S和N_P分別是串聯的PV電池的數量和PV電池的數量，由于串聯和并聯的電池將分別對應輸出電壓和輸出電流，因此：

I_Total＝N_P*I (10)

V_Total＝N_S*V (11)

數學PV建模使用上述方程在Matlab/Simulink軟件中實現；

S2建立固體氧化物燃料電池的模型

對SOFC進行了建模，SOFC的電壓根據Nernst方程用可變參數表示如下：

其中表示燃料電池輸出電壓，r表示歐姆損耗，N₀表示電池數，E₀表示與反應自由能相關的電壓，R是通用氣體常數，單位J/molk，T是絕對溫度，F是法拉第常數，單位Coulombs/mol，和分別代表氫的分壓，氧的分壓和水的分壓，單位為Nm²，是輸出電流；

SOFC中生成的總功率表示為：

S3建立超級電容器的模型

每個模塊的容量定義為：

超級電容器組的儲能容量應足夠大，以便在故障狀態期間至少承受10個循環，所需存儲容量定義為：

Q_required＝v*i*t (15)

其中C，v，i和t分別是電容，電壓，電流和時間；

S4確定控制微源的方法

用于光伏陣列的升壓轉換器由基于人群搜索優化算法的DPI控制器調節，用MP&O方法動態地跟蹤最大功率點，以確保從混合微源獲得最大的自由可用能量；VSC由基于混合模糊邏輯和人群搜索優化算法的動態PI(FSOA-DPI)控制器調節，以確保基于虛擬阻抗下垂VID的最佳功率共享；最后，ESS設備由所提出的控制器控制，以確保在故障狀態期間的最高瞬態穩定性；

S5使用FSOA調整PI參數

FLC的輸入參數是ΔP和ΔI，表示如下：

FLC的輸出表示為：

ΔK_p＝K_p(k)-K_p(k-1) (20)

ΔK_i＝K_i(k)-K_i(k-1) (21)

在等式(19)中，輸入參數ΔP和ΔI分別是功率的微小變化和PV模塊的電流的微小變化以及等式；(20)和(21)輸出參數ΔK_P和ΔK_i分別是比例和積分常數的微小變化；在氣候條件的任何變化期間，為了確保在最佳點處的收斂，ΔP通過增益控制器以反轉其方向，這里FLC的輸入和輸出參數被分成五個模糊子集，呈現二十五個控制規則，絕對復制了MP&O技術中使用的算法；

在控制器中，實現修改的SOA技術以找到模糊邏輯的最佳隸屬函數參數以計算PI控制器增益；

S6集成到SOFC的功率調節器

為了執行功率調節，升壓轉換器單獨集成到固體氧化物燃料電池中，SOFC的響應時間相對較為緩慢，使得原始輸出功率有所限制；因此，為了確保SOFC的輸出功率，以確保最高的能量供應可靠性，集成的升壓轉換器通過提出的FSOA-DPI控制器進行控制；

S7控制基于下垂的功率共享方法

采用模糊邏輯和人群搜索算法優化的動態PI控制器FSOA-DPI集成虛擬阻抗下垂策略，以保證兩個微源之間的功率共享。