[发明专利]一种基于模糊控制的多电飞机大功率脉冲负载储能系统的能量管理方法

说明书

本发明公开了一种基于模糊控制的多电飞机大功率脉冲负载储能系统的能量管理方法，通过获取储能系统的负载功率需求，锂电池和超级电容的SOC作为模糊控制的输入量，然后以三角形和梯形函数设计隶属度函数，对输入量模糊化，设置锂电池放电功率需求阈值，在放电模式下当功率需求不大于所述阈值时，锂电池放电；反之则锂电池和超级电容共同放电；同时，根据锂电池和超级电容的SOC状态调整它们各自功率输出等控制逻辑来设置推理规则的方式，对锂电池和超级电容的功率分配，采取过充过放保护技术辅助模糊控制对锂电池和超级电容的SOC进行控制。

技术领域

本发明属于多电飞机能量管理技术领域，具体为一种多电飞机上大功率脉冲负载的复合储能系统的能量管理方法。

背景技术

大功率脉冲负载接入飞机电力系统的瞬间，会造成输出电压的瞬间突变，干扰飞机上其他负载的正常运行，给系统带来较大的冲击。同时由于脉冲性负载在突变瞬间的峰值功率很高，传统的电源系统很难维持输出电压的稳定。因此为保证电力系统的可靠性、稳定性和经济性，可以选择由蓄电池和超级电容构成的复合电源用作机载储能。蓄电池具有大电流充放电的能力，但实现高峰值功率对电池容量需求很大，会大大增加飞机重量。而超级电容器能满足高峰值功率的需求，但是其能量密度较低。锂电池和超级电容结合的复合电源同时具备高功率密度和高能量密度的双重优势，以此来降低脉冲负载对电力系统的危害，维持系统的安全性。

混合储能系统控制策略是复合电源系统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单元间的功率分配，提升系统的工作性能。针对锂电池-超级电容储能系统的能量管理目标主要包括两个方面：一方面是考虑大功率脉冲负载加入时的功率突变，合理分配超级电容和锂电池的功率流；另一方面是考虑锂电池和超级电容的SOC对控制策略的影响，从而最大化的减少储能系统的寿命衰减。模糊控制技术在混合动力汽车上模糊规则已经得到了测试和验证，并正在发展到航空领域。模糊规则的确立不依托于明确的数值或方程，脱离了系统模型精确性的束缚，因此被广泛应用于对不确定系统和非线性系统的优化控制中。模糊控制主要应对锂电池和超级电容的功率分配，于是采取过充过放保护技术辅助模糊控制对锂电池和超级电容的SOC进行控制。

发明内容

本发明的目的是，提出一种新型的基于模糊控制的多电飞机上大功率负载复合储能系统能量管理方法。本策略将负载功率需求，锂电池和超级电容的SOC作为模糊控制的输入，制定相应的推理规则，选择合适的推理方法和去模糊化方法来实现两种储能元件输出功率的模糊控制。模糊控制器生成的控制信号再经SOC限流模块调节，防止出现过充过放现象。

首先建立复合储能系统功率的模糊控制器，采用Mamdani型推理方法能根据设定的推理规则实现从输入到输出的准确的推理计算，得到输出量的模糊集合，继而采用P-重心法对输出量进行解模糊化处理，即考虑非最大隶属度点的影响，又突出最大隶属点的作用，从而很好地应对大功率脉冲负载引起的高峰值功率瞬时突变，提高系统母线电压在不确定情况下的稳定性。

再判断锂电池和超级电容的SOC是否能满足当前负载功率需求，使系统在锂电池和超级电容的SOC处于所设置的警戒区和危险区时及时进行干预，修正模糊控制器传来的控制信号，延长锂电池和超级电容的工作寿命。

具体的，本发明提出一种基于模糊控制的多电飞机上大功率脉冲负载复合储能系统能量管理方法，上述策略包括以下步骤：

步骤S1.获取储能系统的负载功率需求，锂电池和超级电容的SOC作为模糊控制的输入量。然后以三角形和梯形函数设计隶属度函数，对输入量进行模糊化。

步骤S2.设置锂电池放电功率需求阈值，在放电模式下当功率需求不大于所述阈值时，锂电池放电；反之则锂电池和超级电容共同放电；同时，根据锂电池和超级电容的SOC状态调整他们各自功率输出等控制逻辑来设置推理规则。