[发明专利]基于模型预测及模糊补偿的直流母线电压外环控制方法

说明书

本发明公开了一种基于模型预测及模糊补偿的直流母线电压外环控制方法，具体过程为：首先通过模型预测控制算法得到k时刻内环充放电电流的给定值，然后再通过模糊补偿控制算法得到模糊控制输出量Δk，再将Δk与恒定控制系数k相加后与k时刻储能单元输入电流平均值相乘作为内环充放电电流给定的补偿电流，再将内环充放电电流给定的补偿电流与k时刻内环充放电电流的给定值相加得到修正后的内环充放电电流给定值，然后对修正后的内环充放电电流给定值进行限幅，完成直流母线电压外环控制。本发明能实现对储能单元的优化控制，来快速稳定直流微电网系统的直流母线电压，抑制直流母线电压波动，同时兼顾锂电池的充放电能力与寿命。

技术领域

本发明属于储能装置接入微电网直流母线电压的控制方法技术领域，具体涉及一种基于模型预测及模糊补偿的直流母线电压外环控制方法。

背景技术

近年来，化石能源的储备量越来越少，甚至面临着被用尽的危险，所以可再生能源的开发利用显得尤为重要。

太阳能和风能是目前最符合可持续发展的可再生能源，太阳能光伏发电和风力发电的新能源发电已经成为当今社会发展的主流趋势之一。但是光伏发电和风力发电都具有输出功率受环境影响变化较大的缺陷，此外，负载突变和来自大电网的冲击也会影响系统的稳定性。因此，储能单元的应用必不可少，于是，由新能源发电与储能单元等组成的直流微电网系统越来越受到人们的重视，它既可以发挥新能源发电的优势，减少化石能源的使用以及环境污染，也可以发挥储能单元的优势，平抑系统内的短时功率波动，补充系统内能量的不足，起到稳定系统的关键作用。

在直流微电网系统中，储能单元包括储能电池和双向DC-DC变换器，它通常通过双向DC-DC变换器与直流母线相连。双向DC-DC变换器可以在变换器两端电压极性不变的前提下，实现能量的双向流动。常见的双向DC-DC变换器分为隔离型和非隔离型两大类。相比于非隔离型DC-DC变换器，隔离型变换器具有输入输出电压调节范围宽、电气隔离等特点，使得系统的电气安全性得到保障。近年来，双有源桥(dual-active-bridge(DAB))型DC-DC变换器因具有能量双向流动、高功率密度、开关应力小、固有软开关特性、模块化的对称结构等优势而得到国内外学者的广泛关注。储能电池常采用锂电池，为了保障锂电池的使用寿命，还需要充分考虑锂电池的荷电状态(state of charge(SOC))以及健康状态(state ofhealth(SOH))，选择优化的充放电电流，利于实现直流微电网系统稳定运行的同时，也可以实现锂电池的长寿命运行。

综上所述，对于由新能源发电与储能组成的直流微电网系统，为了保证系统功率实时平衡以及稳定的直流母线电压，需要控制好储能单元的双向功率流动的快速响应能力，也需要兼顾锂电池的充放电能力与寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于模型预测及模糊补偿的直流母线电压外环控制方法，能实现对储能单元的优化控制，来快速稳定直流微电网系统的直流母线电压，抑制直流母线电压波动，同时兼顾锂电池的充放电能力与寿命。

本发明所采用的技术方案是，基于模型预测及模糊补偿的直流母线电压外环控制方法，用于直流微电网系统的直流母线电压控制，直流微电网系统包括分布式电源、负载以及储能单元，分布式电源和储能单元通过直流母线与负载相连，分布式电源为光伏发电系统或风力发电系统，其中，储能单元的主电路拓扑选择DAB型DC-DC变换器，DAB型DC-DC变换器包括两个对称的H桥变换器和高频变压器；直流母线电压外环控制方法具体过程为：首先通过模型预测控制算法得到k时刻内环充放电电流的给定值然后再通过模糊补偿控制算法得到模糊控制输出量Δk，再将Δk与恒定控制系数k相加，再与k时刻储能单元输入电流平均值相乘作为内环充放电电流给定的补偿电流Δi_bat，再将内环充放电电流给定的补偿电流Δi_bat与k时刻内环充放电电流的给定值相加得到修正后的内环充放电电流给定值，然后对修正后的内环充放电电流给定值进行限幅，得到限幅后的内环充放电电流给定值i_bref，完成直流母线电压外环控制。