儲能超級電容動態回應優化自我調整控制策略

浙江網新聯合工程有限公司、諾基亞通信系統技術有限公司的研究人員陳威、葉少士、劉冬， 在2017年第12期《電氣技術》雜誌上撰文指出， 微電網儲能系統中的超級電容器組主要用於滿足系統對快速動態回應的要求， 因此其在不同工況下的回應需要保持一致性， 以保證後級用電負荷的匹配度。

本文提出了一種以動態回應一致性為最優目標的自我調整控制策略。 根據系統的小信號模型， 在保持穩定性的前提下， 可借助系統的階躍回應分別求出不同工作狀態下的合適控制參數。

在運行時， 即可根據系統當前所處的工作狀況，

由微處理器線上自動選擇最優的控制參數組合， 從而達到任何情況下的輸出動態回應一致化。 在給出了原理分析和設計方法後， 實驗樣機證明了該新穎自我調整控制策略的有效性， 具有應用價值。

作為可再生清潔新能源技術的典型應用，

微電網將在未來智慧城市供能、交通以及保障工商業活動等各項主要市政功能建設中起到支撐作用， 在我國已被列入“十三五”相關規劃。

為了保證微電網穩定可靠運行， 其內部的儲能系統需要兼具高能量密度和高功率密度的特性， 以抑制負荷突變帶來的功率波動並改善電能品質[1]-[5]。

該儲能系統一般採用電池組和超級電容器兩種儲能元件混合的形式， 其中電池組可滿足高能量密度要求， 維持穩態母線電壓；而超級電容器可改善系統動態回應， 緩衝負荷波動帶來的功率衝擊， 延長儲能裝置壽命[6]-[8]。

超級電容器組通常是經過後級DC-DC變流器實現和母線間的功率和能量傳遞。 在設計上， 由於超級電容器組的端壓在充放電的過程中一直處於變化狀態，

不會保持相對恒定， 這就對後級的變流器的控制帶來了挑戰：因該變流器的主功率增益中包含超級電容器端壓VUC項， 故變流器輸出的暫態過程特徵也是隨VUC變化的[9]， 很難通過一套固定的PI或PID回饋環節參數加以優化。

而這些隨外部條件變化的超調量及調整時間等動態回應指標， 不利於後級用電負荷的匹配設計。 在極端情況下， 易造成儲能系統和負荷之間的時序失配或電壓超限， 影響微電網的穩定運行並降低可靠性。

本文提出的新穎自我調整控制方案， 以保證在各種條件下DC-DC變流器的輸出動態回應特徵一致性為優化目標， 通過檢測輸入輸出狀態，

線上選取適應的控制參數， 從而達到輸出動態回應和變流器外部工作狀況解耦， 便於後級用電負荷的電氣配合。

圖1 超級電容器組儲能單元

結論

本文提出一種針對儲能系統中超級電容器組動態回應一致性最優的自我調整控制策略。 通過系統的小信號模型， 以各種情況下的階躍回應一致性為目標， 可求得當前工作條件下最優化的控制參數。

經由微處理器根據實際情況加以動態選擇上述控制參數， 達到輸出動態回應一致的設計目的， 以簡化後級負荷的設計難度， 增加系統匹配性。

實驗樣機和結果證明了自我調整控制策略的正確性和所提控制策略的可行性， 具有實際應用價值。