[发明专利]一种基于模型预测控制的分布式混合储能系统能量均衡控制策略

摘要

本发明公开了基于模型预测控制的分布式混合储能系统能量均衡控制策略，混合储能系统整体功率指令通过滤波器分为高频功率和低频功率，其分别通过超级电容与蓄电池响应，能量均衡控制策略即通过采集每一子系统及其相邻子系统中的超级电容与蓄电池的SOC参数和输出功率值，分别建立以储能元件SOC均衡为优化目标的预测模型，得到各子系统在下一时刻的功率指令。整个分布式混合储能系统采取变下垂控制，根据预测控制所得到的功率指令，改变相应子系统的下垂系数，以实现各子系统输出功率的重分配，进而实现其能量的均衡。

主权项

1.一种基于模型预测控制的分布式混合储能系统能量均衡控制策略，所述的混合储能系统由N个分布式子系统级联，每个分布式子系统中包含串联的Boost变换器和H桥逆变器，两者通过超级电容器耦合，Boost变换器的直流侧电源为蓄电池，级联H桥和输出电路之间并联一LC谐振支路，LC支路由电感、电容和电阻串联，其与H桥单元形成辅助功率环回路，构成辅助功率环；其特征在于，所述的控制策略包括以下步骤：(1)对每一分布式子系统设置一本地控制器，采集其自身及相邻子系统的超级电容与蓄电池的SOC值SOC_{i_B}与SOC_{i_SC}，以及两者的当前时刻的功率信号P_{i_B}、P_{i_SC}；(2)本地控制器根据采集的信息，分别建立针对蓄电池与超级电容器的相应预测模型SOC与优化函数；假设初始时刻子系统储能元件U2自身功率输出值与储能元件SOC值分别为P₂(k),SOC₂(k),其接收的相邻单元信号分别为P₃(k)，SOC₃(k)，P₁(k)，SOC₁(k)，对于储能系统而言，在已知SOC值与输出功率值的情况下，可预测k+1时刻理想状态下的SOC值：其中E_i表示相应储能元件容量，σ_i分别表示储能元件自放电率，η为储能元件充放电效率，当储能元件输出功率时η大于0。根据此预测模型，在k时刻对接下来pΔt时刻的SOC值进行预测，pΔt为模型预测的控制时域长度；以各子系统蓄电池与超级电容各自的能量均衡作为优化目标，则在k时刻，可令控制时域内储能元件SOC的最终预测值SOC_i(k+p|k)之间差值和最小，有优化目标函数：minJ₁＝[SOC₁(k+p|k)‑SOC₂(k+p|k)]²+[SOC₂(k+p|k)‑SOC₃(k+p|k)]²+[SOC₁(k+p|k)‑SOC₃(k+p|k)]²(3)本地控制器根据采集的信息，基于步骤(2)的模型预测控制策略，生成相应的功率指令；(4)采用变下垂系数的下垂控制，根据每一子系统本地控制器所生成的蓄电池与超级电容的功率控制指令，改变子系统的功率指令，从而实现分布式储能系统内部功率的重分配。