[发明专利]一种微源与超级电容器之间最优能量管理的控制方法

摘要

一种微源与超级电容器之间最优能量管理的控制方法，用于在由光伏(PV)和固体氧化物燃料电池(SOFC)作为两个微源的分布式发电系统连接到孤岛微电网的并联VSC之间的比例功率共享，包括以下步骤：S1建立光伏模型；S2建立固体氧化物燃料电池的模型；S3建立超级电容器的模型；S4确定控制微源的方法；S5使用FSOA调整PI参数；S6集成到SOFC的功率调节器；S7控制基于下垂的功率共享方法。本发明增强最佳功率共享和主动需求管理的动态性能，确保在故障发生时具有更好的瞬态和亚瞬态稳定性。

主权项

1.一种微源与超级电容器之间最优能量管理的控制方法，其特征在于，该方法用于在由光伏PV和固体氧化物燃料电池SOFC作为两个微源的分布式发电系统连接到孤岛微电网的并联VSC之间的比例功率共享，所述方法包括以下步骤：S1:建立光伏模型PV电池由于p‑n结暴露于太阳辐射中，而在PV电池中产生的电流，在等效电路模型中用非线性直流电流源IL表示，其中PV电池的p‑n结用等效二极管表示，将光伏电池半导体表面的薄层电阻等效为串联电阻Rs，当二极管反向偏置时，泄漏到地的电流由分流电阻Rsh表示；由基尔霍夫定律可知，PV模块的终端电流表示为：I＝IL‑ID   (1)其中I为PV模块的终端电流，IL为PV电池产生的光电流，ID为二极管通过的电流；光电流IL表示为：其中K_i，ΔT，G，分别是标称条件下太阳辐照度产生的参考电流，最大PV电池电流的温度系数，单位A/°K，实际温度和标称温度之间的差异，PV模块表面上的辐照度和标称辐照度，单位1000W/m²；二极管电流ID计算如下：其中I0和Vt分别是在没有太阳辐照度和PV电池热电压的情况下的二极管饱和电流，PV电池热电压表示为：其中Ns为串联的PV电池数，K是玻尔兹曼常数，1.3806×10‑23J/K，q为电子电荷值，1.602×10‑19J/K，T为开尔文为单位的实际温度，a为二极管理想常数，1其中为标称温度，25℃，为标称条件下二极管的饱和电流，E_g为带隙能量；饱和电流表示为：其中分别是PV模块的开路电压，短路电流和标称热电压，上述表示在标称辐照度和温度下的单个PV电池的参数，因此，要获得整个PV模块的参数值，它将按比例缩放为：其中NS和NP分别是串联的PV电池的数量和PV电池的数量，由于串联和并联的电池将分别对应输出电压和输出电流，因此：ITotal＝NP*I   (10)VTotal＝NS*V   (11)数学PV建模使用上述方程在Matlab/Simulink软件中实现；S2建立固体氧化物燃料电池的模型对SOFC进行了建模，SOFC的电压根据Nernst方程用可变参数表示如下：其中表示燃料电池输出电压，r表示欧姆损耗，N₀表示电池数，E₀表示与反应自由能相关的电压，R是通用气体常数，单位J/molk，T是绝对温度，F是法拉第常数，单位Coulombs/mol，和分别代表氢的分压，氧的分压和水的分压，单位为Nm²，是输出电流；SOFC中生成的总功率表示为：S3建立超级电容器的模型每个模块的容量定义为：超级电容器组的储能容量应足够大，以便在故障状态期间至少承受10个循环，所需存储容量定义为：Qrequired＝v*i*t   (15)其中C，v，i和t分别是电容，电压，电流和时间；S4确定控制微源的方法用于光伏阵列的升压转换器由基于人群搜索优化算法的DPI控制器调节，用MP&O方法动态地跟踪最大功率点，以确保从混合微源获得最大的自由可用能量；VSC由基于混合模糊逻辑和人群搜索优化算法的动态PI(FSOA‑DPI)控制器调节，以确保基于虚拟阻抗下垂VID的最佳功率共享；最后，ESS设备由所提出的控制器控制，以确保在故障状态期间的最高瞬态稳定性；S5使用FSOA调整PI参数FLC的输入参数是ΔP和ΔI，表示如下：FLC的输出表示为：ΔKp＝Kp(k)‑Kp(k‑1)   (20)ΔKi＝Ki(k)‑Ki(k‑1)   (21)在等式(19)中，输入参数ΔP和ΔI分别是功率的微小变化和PV模块的电流的微小变化以及等式；(20)和(21)输出参数ΔKP和ΔKi分别是比例和积分常数的微小变化；在气候条件的任何变化期间，为了确保在最佳点处的收敛，ΔP通过增益控制器以反转其方向，这里FLC的输入和输出参数被分成五个模糊子集，呈现二十五个控制规则，绝对复制了MP&O技术中使用的算法；在控制器中，实现修改的SOA技术以找到模糊逻辑的最佳隶属函数参数以计算PI控制器增益；S6集成到SOFC的功率调节器为了执行功率调节，升压转换器单独集成到固体氧化物燃料电池中，SOFC的响应时间相对较为缓慢，使得原始输出功率有所限制；因此，为了确保SOFC的输出功率，以确保最高的能量供应可靠性，集成的升压转换器通过提出的FSOA‑DPI控制器进行控制；S7控制基于下垂的功率共享方法采用模糊逻辑和人群搜索算法优化的动态PI控制器FSOA‑DPI集成虚拟阻抗下垂策略，以保证两个微源之间的功率共享。