[發明專利]一種超級電容器儲能系統的滑模引導控制方法及裝置

有效

• 申請號: 202011010433.7
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112186845B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 李恒;白璐;廖洪濤;劉勇杰;武悅;張曉勇;蔣富;楊迎澤;劉偉榮;彭軍;黃志武
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 熊開蘭

1.一種超級電容器儲能系統充電的滑模引導控制方法，其特征在于，包括：

從超級電容器儲能系統中選擇充電曲線最低的超級電容單體作為引導節點，任選一個最小生成樹作為超級電容器儲能系統充電的通信拓撲；

在超級電容器儲能系統充電期間，周期性采集其中每個超級電容單體的端電壓，并將端電壓數據按照通信拓撲關系發送給本地以及下級超級電容單元的控制器；

其中，超級電容器儲能系統包括若干相互串聯的超級電容單元，每個超級電容單元包括1個超級電容單體、1個開關和1個開關電阻，開關電阻與開關串聯后再與超級電容單體并聯；

每個超級電容單元的控制器在每個周期得到本地以及上級超級電容單體的端電壓數據時，均按照以下關系式生成開關控制信號：

其中，S_k為本地超級電容單元的開關控制信號，δ_k為本地超級電容單體的電壓跟蹤誤差，sign()為開關邏輯符號函數，K_p表示控制器比例系數，K_i表示控制器的微分系數，x_k為本地超級電容單體的實時電壓，g_k表示引導子系統的權重，x₀表示參考電壓，a_km表示均衡子系統的權重，N_k為本地超級電容單體的上級超級電容單體集合，x_m為集合N_k中的任一超級電容單體的實時電壓；其中，對于引導節點：g_k＝1，a_km＝0；對于非引導節點：g_k＝0，a_km＝1；

將每個周期生成的開關控制信號轉換為驅動信號，以驅動本地超級電容單元中開關的通斷。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述超級電容單元中的開關采用MOSFET，所述驅動信號為PWM信號。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，采用恒流源為所述超級電容器儲能系統充電。

4.一種用于超級電容器儲能系統的滑模引導控制裝置，其特征在于，所述超級電容器儲能系統包括若干相互串聯的超級電容單元，每個超級電容單元包括1個超級電容單體、1個開關和1個開關電阻，開關電阻與開關串聯后再與超級電容單體并聯；所述滑模引導控制裝置包括電源模塊、電壓測量模塊、集成主控模塊、開關控制模塊；

所述電源模塊，用于為超級電容器儲能系統提供充電電流，并為集成主控模塊、電壓測量和開關控制模塊提供工作電壓；

所述電壓測量模塊，用于：在超級電容器儲能系統充電期間，周期性采集每個超級電容單元的端電壓，并發送給集成主控模塊；

所述集成主控模塊，包括多個分別與每個超級電容單元對應設置的控制器，所述控制器用于：從電壓測量模塊接收本地超級電容單元的端電壓數據，并按照通信拓撲關系將本地超級電容單元的端電壓數據發送給下級超級電容單元對應的控制器以及從上級超級電容單元對應的控制器接收端電壓數據，同時根據本地超級電容以及上級超級電容單元的端電壓數據，按照以下關系式生成開關控制信號：

其中，S_k為本地超級電容單元的開關控制信號，δ_k為本地超級電容單體的電壓跟蹤誤差，sign()為開關邏輯符號函數，K_p表示控制器比例系數，K_i表示控制器的微分系數，x_k為本地超級電容單體的實時電壓，g_k表示引導子系統的權重，x₀表示參考電壓，a_km表示均衡子系統的權重，N_k為本地超級電容單體的上級超級電容單體集合，x_m為集合N_k中的任一超級電容單體的實時電壓；其中，對于引導節點：g_k＝1，a_km＝0；對于非引導節點：g_k＝0，a_km＝1；

所述開關控制模塊，用于從集成主控模塊接收開關控制信號并轉換為驅動信號，使驅動信號驅動對應的超級電容單元中開關的通斷。