[發(fā)明專利]基于超級電容的功率平滑統(tǒng)一運行控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010421530.9
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111725824B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李霞林;李志旺;郭力;王成山
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28;H02J7/34;H02J7/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程毓英

本發(fā)明涉及一種基于超級電容的功率平滑統(tǒng)一運行控制方法，包括下列步驟：預(yù)設(shè)超級電容電壓運行區(qū)間Usubgt;work/subgt;與超級電容電壓設(shè)定上限Usubgt;scu/subgt;；采集直流母線電壓信息usubgt;dc/subgt;并進行標(biāo)幺化得到母線電壓標(biāo)幺值usubgt;dc,pu/subgt;；采集超級電容電壓usubgt;sc/subgt;；生成超級電容電壓控制的參考基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值Usubgt;screfpu/subgt;，再乘以其電壓上限耐壓值得到超級電容電壓控制的參考基準(zhǔn)值Usubgt;scref/subgt;；將超級電容電壓usubgt;sc/subgt;除以該電壓參考基準(zhǔn)值Usubgt;scref/subgt;，然后減去直流母線電壓標(biāo)幺值，再經(jīng)過電壓環(huán)PI控制得到電流參考值后再減去實時電感電流isubgt;lsc/subgt;，并再加上前饋電流isubgt;hsc/subgt;最后再經(jīng)過電流環(huán)PI控制得到調(diào)制信號，實現(xiàn)超級電容電壓控制和功率平滑控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超級電容變流器控制領(lǐng)域，涉及基于超級電容的功率平滑統(tǒng)一運行控制方法。

背景技術(shù)

在混合儲能系統(tǒng)進行暫態(tài)功率平抑的應(yīng)用中，核心思想就是利用超級電容和電池儲能分別平滑擾動功率的高頻分量和低頻分量，具體實現(xiàn)大體可分基于擾動功率分頻的直接法和基于混合儲能系統(tǒng)不同動態(tài)特性等效輸出阻抗的間接法兩類。在直接法應(yīng)用中，文獻[1]直接量測負荷功率擾動，然后對其進行分頻處理，高頻分量和低頻分量分別作為超級電容和電池的功率參考值；文獻[2]則采用集中直流電壓控制器，然后通過濾波和分頻將直流電壓環(huán)的輸出結(jié)果，即電流參考值分解為低頻分量和高頻分量，分別作為電池儲能和超級電容系統(tǒng)的電流參考值。針對多電直流船舶供電系統(tǒng)的功率平滑，文獻[3]提出基于分頻設(shè)計的混合儲能控制策略，在電池和超級電容的直流電壓閉環(huán)控制中，實際直流電壓反饋值則分別經(jīng)低通和高通濾波的分頻處理，進而輸出相應(yīng)的低頻和高頻功率波動補償分量。文獻[4-7]則通過相應(yīng)控制設(shè)計使得電池和超級電容具有不同動態(tài)特性的等效輸出阻抗，進而實現(xiàn)多尺度暫態(tài)功率平滑。[4-5][7]提出虛擬電容下垂控制或積分下垂控制，使得超級電容系統(tǒng)等效輸出阻抗呈容性，而電池儲能或燃料電池則采用傳統(tǒng)虛擬電阻下垂控制。在上述阻抗特性下，當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)功率擾動時，超級電容便可實現(xiàn)快速功率平滑。相比于[4-5]中的純積分下垂控制，[6]提出虛擬RC下垂控制，增加了一個控制自由度，可實現(xiàn)含電池、飛輪儲能和超級電容的多混合儲能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制。

上述研究中，應(yīng)用超級電容可平滑暫態(tài)功率擾動的高頻分量，但所提控制策略仍有存在如下主要不足：

(1)即插即用性差。在直接法應(yīng)用中，[2]所提方法需要采用集中控制器對混合儲能系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)，[1]所提方法則需要增加額外的擾動功率量測和快速通信，然后進行集中式分頻控制。集中式控制在單點故障情況下便無法發(fā)揮作用，導(dǎo)致可靠性降低；更重要的是，超級電容系統(tǒng)即插即用性差。在其余方法中，盡管電池儲能和超級電容均采用分布式的直流電壓下垂控制策略，但多尺度暫態(tài)功率平滑的實現(xiàn)依賴于各單元等效輸出阻抗特性的配合，主電源輸出特性的變化將嚴(yán)重影響超級電容快速功率平滑性能，這實際也會限制超級電容系統(tǒng)的即插即用。因此，研究僅基于就地量測信息的超級電容暫態(tài)功率平滑控制策略是本發(fā)明要解決的主要問題。