[发明专利]一种基于ADRC控制的锂电池与超级电容混合储能系统的工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电网或分布式发电系统领域，特别涉及一种基于ADRC控制的锂电池与超级电容混合储能系统及其工作方法。

背景技术

近年，随着可再生能源的大量利用不仅能缓解能源危机，同时也能很大程度降低有害物的排放，对环境起到了积极的作用。可再生能源发电也存在一定的缺点，比如发电受外界影响比较大，发电不稳等，因此储能系统对于太阳能、风能等分布式发电系统的来说至关重要。锂电池其轻便，体积小，能量密度大，符合分布式发电对能量密度的要求。锂电池的缺点在于，受电化学反应速率的影响，其功率密度较小，当负载功率突变时，很难满足系统的动态要求。超级电容充放电时内部发生的是物理变化，功率密度大是超级电容的一大特点，可以瞬时提供较大功率，缺点在于其能量密度较低，因此锂电池与超级电容在性能上互补性很强，自然可以考虑将两者结合构成混合储能系统，充分发挥两者优势，使系统性能大大提高。

目前，围绕混合储能系统及其工作方法技术已开展大量研究。在充分考虑各个储能元件的工作状态下，使混合储能系统的功率分配更合理，本发明采用ADRC控制进行混合储能系统的功率优化分配。

发明内容

本发明的目的是将锂电池与超级电容分别通过双向半桥变换器和直流母线相连构成混合储能系统，锂电池维持直流母线上能量供需平衡通过稳定直流母线电压，超级电容立刻供应负载波动功率高频分量，减小负载突变对直流母线造成的冲击。并且本发明建立了双向半桥变换器的数学模型和四种模式下的控制策略。利用自抗扰(ADRC)实现储能系统的综合控制。补充混合储能系统的控制基础理论，促使混合储能技术向更高的层次发展。

本发明的技术方案：

为了达到上述发明目的，本发明提供了一种基于ADRC控制的锂电池与超级电容混合储能系统的工作方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

步骤A、将锂电池和超级电容分别通过双向半桥接到直流母线上构成混合储能系统；

步骤B、确定负载功率，并对负载功率进行高频分量的检测；

步骤C、确定超级电容本身的充放电功率，当负载突然增高时，确定超级电容需要释放的功率和放电电流，当负载突然减小时，确定超级电容需要吸收的功率和充电电流；

步骤D、通过以上结果来控制超级电容的充放电电流来实现其对功率的控制；

步骤E、确定控制原理图，采用ADRC实现对蓄电池和超级电容的工作控制。

上述所说的混合储能系统包括：光伏发电阵列、负载、锂电池、超级电容、DC-DC变换器，将锂电池和超级电容分别通过双向半桥接到直流母线上构成混合储能系统，直流母线是光伏发电阵列、负载、储能系统三者的公共接点，分布式发电系统中的直流负载、独立运行逆变器、并网运行逆变器为直流母线的负载。

上述所说的确定负载功率并检测是指：设P_load、P_bat、P_sc、P_pv分别为负载、锂电池、超级电容以及光伏电池的功率，则有

P_load＝P_bat+P_sc+P_pv

对于负载功率高频分量的检测，采用单极点高通滤波器实现。设P_scr为负载突变时超级电容的高频功率给定量，则单极点高通滤波器的通用表达式为

上述所说的超级电容本身的充放电功率包括2个状态：设超级电容所连接的双向变换器效率为V_sc和I_sc分别为超级电容端电压和电流，对于超级电容本身的充放电功率P_sc有

P_sc＝V_scI_sc

当负载突然增加时，经滤波得出的超级电容功率给定P_scr为正值，即此时超级电容应该释放功率

此时超级电容放电电流应该为

当负载突减时，经过滤波得出的Pscr为负值，即此时超级电容应该吸收功率

P_sc＝V_scI_sc＝P_scrη

则此时超级电容的充电电流大小为

在负载突然增加或突然减小时，通过式(1)和式(2)计算结果来控制超级电容的充放电电流来实现其功率的控制。