[发明专利]基于超级电容的功率平滑统一运行控制方法

说明书

本发明涉及一种基于超级电容的功率平滑统一运行控制方法，包括下列步骤：预设超级电容电压运行区间Usubgt;work/subgt;与超级电容电压设定上限Usubgt;scu/subgt;；采集直流母线电压信息usubgt;dc/subgt;并进行标幺化得到母线电压标幺值usubgt;dc,pu/subgt;；采集超级电容电压usubgt;sc/subgt;；生成超级电容电压控制的参考基准值的标幺值Usubgt;screfpu/subgt;，再乘以其电压上限耐压值得到超级电容电压控制的参考基准值Usubgt;scref/subgt;；将超级电容电压usubgt;sc/subgt;除以该电压参考基准值Usubgt;scref/subgt;，然后减去直流母线电压标幺值，再经过电压环PI控制得到电流参考值后再减去实时电感电流isubgt;lsc/subgt;，并再加上前馈电流isubgt;hsc/subgt;最后再经过电流环PI控制得到调制信号，实现超级电容电压控制和功率平滑控制。

技术领域

本发明属于超级电容变流器控制领域，涉及基于超级电容的功率平滑统一运行控制方法。

背景技术

在混合储能系统进行暂态功率平抑的应用中，核心思想就是利用超级电容和电池储能分别平滑扰动功率的高频分量和低频分量，具体实现大体可分基于扰动功率分频的直接法和基于混合储能系统不同动态特性等效输出阻抗的间接法两类。在直接法应用中，文献[1]直接量测负荷功率扰动，然后对其进行分频处理，高频分量和低频分量分别作为超级电容和电池的功率参考值；文献[2]则采用集中直流电压控制器，然后通过滤波和分频将直流电压环的输出结果，即电流参考值分解为低频分量和高频分量，分别作为电池储能和超级电容系统的电流参考值。针对多电直流船舶供电系统的功率平滑，文献[3]提出基于分频设计的混合储能控制策略，在电池和超级电容的直流电压闭环控制中，实际直流电压反馈值则分别经低通和高通滤波的分频处理，进而输出相应的低频和高频功率波动补偿分量。文献[4-7]则通过相应控制设计使得电池和超级电容具有不同动态特性的等效输出阻抗，进而实现多尺度暂态功率平滑。[4-5][7]提出虚拟电容下垂控制或积分下垂控制，使得超级电容系统等效输出阻抗呈容性，而电池储能或燃料电池则采用传统虚拟电阻下垂控制。在上述阻抗特性下，当直流系统发生暂态功率扰动时，超级电容便可实现快速功率平滑。相比于[4-5]中的纯积分下垂控制，[6]提出虚拟RC下垂控制，增加了一个控制自由度，可实现含电池、飞轮储能和超级电容的多混合储能系统协调控制。

上述研究中，应用超级电容可平滑暂态功率扰动的高频分量，但所提控制策略仍有存在如下主要不足：

(1)即插即用性差。在直接法应用中，[2]所提方法需要采用集中控制器对混合储能系统进行协调，[1]所提方法则需要增加额外的扰动功率量测和快速通信，然后进行集中式分频控制。集中式控制在单点故障情况下便无法发挥作用，导致可靠性降低；更重要的是，超级电容系统即插即用性差。在其余方法中，尽管电池储能和超级电容均采用分布式的直流电压下垂控制策略，但多尺度暂态功率平滑的实现依赖于各单元等效输出阻抗特性的配合，主电源输出特性的变化将严重影响超级电容快速功率平滑性能，这实际也会限制超级电容系统的即插即用。因此，研究仅基于就地量测信息的超级电容暂态功率平滑控制策略是本发明要解决的主要问题。