[發明專利]一種基于模糊控制的多電飛機大功率脈沖負載儲能系統的能量管理方法

在審

• 申請號: 202210834880.7
• 申請日: 2022-07-15
• 公開（公告）號: CN115208012A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 李偉林;何林柯;吳宇;齊揚;趙宏衛;江雪;周中正
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;西北工業大學太倉長三角研究院
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 北京嘉途睿知識產權代理事務所(普通合伙) 11793
• 代理人: 彭成

本發明公開了一種基于模糊控制的多電飛機大功率脈沖負載儲能系統的能量管理方法，通過獲取儲能系統的負載功率需求，鋰電池和超級電容的SOC作為模糊控制的輸入量，然后以三角形和梯形函數設計隸屬度函數，對輸入量模糊化，設置鋰電池放電功率需求閾值，在放電模式下當功率需求不大于所述閾值時，鋰電池放電；反之則鋰電池和超級電容共同放電；同時，根據鋰電池和超級電容的SOC狀態調整它們各自功率輸出等控制邏輯來設置推理規則的方式，對鋰電池和超級電容的功率分配，采取過充過放保護技術輔助模糊控制對鋰電池和超級電容的SOC進行控制。

技術領域

本發明屬于多電飛機能量管理技術領域，具體為一種多電飛機上大功率脈沖負載的復合儲能系統的能量管理方法。

背景技術

大功率脈沖負載接入飛機電力系統的瞬間，會造成輸出電壓的瞬間突變，干擾飛機上其他負載的正常運行，給系統帶來較大的沖擊。同時由于脈沖性負載在突變瞬間的峰值功率很高，傳統的電源系統很難維持輸出電壓的穩定。因此為保證電力系統的可靠性、穩定性和經濟性，可以選擇由蓄電池和超級電容構成的復合電源用作機載儲能。蓄電池具有大電流充放電的能力，但實現高峰值功率對電池容量需求很大，會大大增加飛機重量。而超級電容器能滿足高峰值功率的需求，但是其能量密度較低。鋰電池和超級電容結合的復合電源同時具備高功率密度和高能量密度的雙重優勢，以此來降低脈沖負載對電力系統的危害，維持系統的安全性。

混合儲能系統控制策略是復合電源系統能量管理的核心之一，好的控制策略可以更好地控制各能量單元間的功率分配，提升系統的工作性能。針對鋰電池-超級電容儲能系統的能量管理目標主要包括兩個方面：一方面是考慮大功率脈沖負載加入時的功率突變，合理分配超級電容和鋰電池的功率流；另一方面是考慮鋰電池和超級電容的SOC對控制策略的影響，從而最大化的減少儲能系統的壽命衰減。模糊控制技術在混合動力汽車上模糊規則已經得到了測試和驗證，并正在發展到航空領域。模糊規則的確立不依托于明確的數值或方程，脫離了系統模型精確性的束縛，因此被廣泛應用于對不確定系統和非線性系統的優化控制中。模糊控制主要應對鋰電池和超級電容的功率分配，于是采取過充過放保護技術輔助模糊控制對鋰電池和超級電容的SOC進行控制。

發明內容

本發明的目的是，提出一種新型的基于模糊控制的多電飛機上大功率負載復合儲能系統能量管理方法。本策略將負載功率需求，鋰電池和超級電容的SOC作為模糊控制的輸入，制定相應的推理規則，選擇合適的推理方法和去模糊化方法來實現兩種儲能元件輸出功率的模糊控制。模糊控制器生成的控制信號再經SOC限流模塊調節，防止出現過充過放現象。

首先建立復合儲能系統功率的模糊控制器，采用Mamdani型推理方法能根據設定的推理規則實現從輸入到輸出的準確的推理計算，得到輸出量的模糊集合，繼而采用P-重心法對輸出量進行解模糊化處理，即考慮非最大隸屬度點的影響，又突出最大隸屬點的作用，從而很好地應對大功率脈沖負載引起的高峰值功率瞬時突變，提高系統母線電壓在不確定情況下的穩定性。

再判斷鋰電池和超級電容的SOC是否能滿足當前負載功率需求，使系統在鋰電池和超級電容的SOC處于所設置的警戒區和危險區時及時進行干預，修正模糊控制器傳來的控制信號，延長鋰電池和超級電容的工作壽命。

具體的，本發明提出一種基于模糊控制的多電飛機上大功率脈沖負載復合儲能系統能量管理方法，上述策略包括以下步驟：

步驟S1.獲取儲能系統的負載功率需求，鋰電池和超級電容的SOC作為模糊控制的輸入量。然后以三角形和梯形函數設計隸屬度函數，對輸入量進行模糊化。

步驟S2.設置鋰電池放電功率需求閾值，在放電模式下當功率需求不大于所述閾值時，鋰電池放電；反之則鋰電池和超級電容共同放電；同時，根據鋰電池和超級電容的SOC狀態調整他們各自功率輸出等控制邏輯來設置推理規則。