完整版等效電路模型參數(shù)在線辨識(shí)

1、第四章 等效電路模型參數(shù)在線辨識(shí)通過第三章函數(shù)擬合的方法可以確定鈕電池等效電路模型中的參數(shù),但是在實(shí)際運(yùn)行過程中模型參數(shù)隨著工作環(huán)境溫度、 充放電循環(huán)次數(shù)、SOC等因素發(fā)生 變化,根據(jù)離線試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的參數(shù)值估算電池SOC可能會(huì)造成較大的估計(jì)誤差.因此,在實(shí)際運(yùn)行時(shí),應(yīng)對(duì)鈕電池等效電路模型參數(shù)進(jìn)行在線辨識(shí),做 出實(shí)時(shí)修正,提升基丁模型估算SOC的精度.4.1基于遺忘因子的最小二乘算法參數(shù)辨識(shí)是根據(jù)被測(cè)系統(tǒng)的輸入輸出來, 通過一定的算法,獲得讓模型輸出 值盡量接近系統(tǒng)實(shí)際輸出值的模型參數(shù)估計(jì)值.根據(jù)能否實(shí)時(shí)辨識(shí)系統(tǒng)的模型參 數(shù),可以將常用的參數(shù)辨識(shí)方法分為離線和在線兩類,離線辨識(shí)只能在數(shù)據(jù)采

2、集完成后進(jìn)行,不能對(duì)系統(tǒng)模型實(shí)時(shí)地在線調(diào)整參數(shù), 對(duì)丁具有非線性特性的電池 系統(tǒng)往往不能得到滿意的辨識(shí)結(jié)果；在線辨識(shí)方法一般能夠根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的數(shù) 據(jù)對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行辨識(shí),在線調(diào)整系統(tǒng)模型參數(shù).常用的辨識(shí)方法有最小二乘法、 極大似然估計(jì)法和Kalman濾波法等.因最小二乘法原理簡(jiǎn)明、收斂較快、容易 理解和掌握、方便編程實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn),在進(jìn)行電池模型參數(shù)辨識(shí)時(shí)采用了效果較好 的含遺忘因子的遞推最小二乘法.4.1.1批處理最小二乘法簡(jiǎn)介假設(shè)被辨識(shí)的系統(tǒng)模型:G(Z)捋嚴(yán) FL n(4-1)u(z) 1 a1za2zLanz其相應(yīng)的差分方程為:nny(k)a,y(k i) bu(k i)(4-2)1i 1

3、假設(shè)考慮被辨識(shí)系統(tǒng)或觀測(cè)信息中含有噪聲,那么被辨識(shí)模型式(4-2)可改寫為：nz(k)a,y(k i)i 1nKu(k i) v(k) (4-3)i 1式中,z(k)為系統(tǒng)輸出量的第k次觀測(cè)值；y(k)為系統(tǒng)輸出量的第k次真值, y(k i)為系統(tǒng)輸出量的第k i次真值；u(k)為系統(tǒng)的第k個(gè)輸入值,u(k i)為 系統(tǒng)的第k i個(gè)輸入值；v(k)為均值為0的隨機(jī)噪聲.令：h(k) y(k 1),y(k 2),L ,y(k n),u(k 1),u(k 2),L ,u(k 3)T(4-4)9 a,a2,L an,bi,b2,L bn那么式(4-3)可變換為：z(k) h(k) 0 v(k) (4

4、-5)式中,0為待估參數(shù).令k 1,2,L m,那么有z(1)z(2)h(1)h(2)y(0)y(1)LLy(1 y(2n)n)u(0)u(1)L u(1L u(2n)n)ZmMz(m),HmMh(m)MM y(m 1)LM y(mn)Mu(m 1)MLM u(mn)于是,式0 a1(4-5),a2,L an,b1,b2,L bn的矩陣形式為T,Vmv(1),v(2),L ,v(m)TZm Hm0 Vm (4-6)最小二乘法的思想就是尋找一個(gè).的估計(jì)值,使得各次測(cè)量的Zi(i 1,2,L ,m)與由估計(jì)確定的測(cè)量估計(jì)Zi Hi?之差的平方和最小,即J(3 (Zm Hm?)T (Zm Hm 3

5、min (4-7)使J( ) min的 估計(jì)值記作,稱作參數(shù) 的最小二乘估計(jì),其值為? (H；Hm) 1H；Zm (4-8)最小二乘估計(jì)雖然不能滿足式(4-6)中的每個(gè)方程,使每個(gè)方程都有偏差,但是它使所有方程偏差的平方和到達(dá)最小,兼顧了所有方程的近似程度,使整體誤差到達(dá)最小,有利于抑制測(cè)量誤差.4.1.2遞推最小二乘法簡(jiǎn)介前面給出的批處理最小二乘法是擬合工具箱進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合遵循的根本原理, 可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的離線辨識(shí).假設(shè)每次處理的數(shù)據(jù)量較大,應(yīng)用批處理最小二乘法時(shí), 不僅占用內(nèi)存大,而且不能用于參數(shù)在線實(shí)時(shí)估計(jì).而電池系統(tǒng)是強(qiáng)非線性系統(tǒng), 其參數(shù)受工作狀態(tài)影響較大,需要利用輸入輸出數(shù)據(jù)在線估計(jì)模

6、型參數(shù). 為了減 少計(jì)算量,減少數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中所占的內(nèi)存,更為了能夠?qū)崟r(shí)地辨識(shí)出電池系統(tǒng) 的特性,在用最小二乘法進(jìn)行參數(shù)估計(jì)時(shí),把它轉(zhuǎn)化成參數(shù)遞推的估計(jì).所謂參數(shù)遞推估計(jì)算法就是當(dāng)辨識(shí)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí),每獲得一次新的觀測(cè)數(shù)據(jù) 后,就是在上次估計(jì)結(jié)果的根底上,利用新引入的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)上次估計(jì)的結(jié)果,根據(jù)遞推參數(shù)進(jìn)行修正,從而遞推地得到新的參數(shù)估計(jì)值.因此,遞推最小二乘算法(Recursive Least Squares RLS)能夠隨著新的觀測(cè)數(shù)據(jù)的逐次引入,一次接 著一次進(jìn)行參數(shù)估計(jì),直到參數(shù)估計(jì)值到達(dá)滿意的精確程度,其根本思想可以概括為：新的估計(jì)值?)=舊的估計(jì)值(k 1)+修正項(xiàng)(4-9)即新的

7、估計(jì)值(k)是在舊的估計(jì)值(k 1)的根底上,利用新的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)舊的估計(jì)值進(jìn)行修正而得的.其具體實(shí)現(xiàn)如下：&k)聳k 1) K(k)z(k) hT(k)k 1) T1(4-10)K(k) P(k 1)h(k)hT(k)P(k 1)h(k) 11P(k) P(k 1) K(k)KT(k)hT(k)P(k 1)h(k) 1式中,k時(shí)刻的參數(shù)估計(jì)值(k)等丁 k 1時(shí)刻的參數(shù)估計(jì)值 育k 1)加上修正項(xiàng),修正想正比丁新息 %k) z(k) hT(k)&k 1),其增益為K(k), P(k)為數(shù) 據(jù)協(xié)方差陣,是對(duì)稱的正定陣.要啟動(dòng)算法,必須為算法提供初始的 (k)和P(k)的初始值.一

8、般任意假設(shè)?(0),而令P(0) I ,這里 為很大的正實(shí)數(shù),I為相應(yīng)維數(shù)的單位陣.遞推最小二乘法具有簡(jiǎn)單實(shí)用、收斂可靠,且不需要驗(yàn)前統(tǒng)計(jì)知識(shí)等優(yōu)點(diǎn),并且當(dāng)測(cè)量誤差為白噪聲時(shí),遞推最小二乘估計(jì)是無偏的、一致的和有效的,但它也存在以下缺點(diǎn)：1. 當(dāng)模型噪聲為有色噪聲時(shí),遞推最小二乘估計(jì)不是無偏的、一致的和有效 的估計(jì)；2. 遞推算法隨著數(shù)據(jù)的增長(zhǎng),會(huì)出現(xiàn)“數(shù)據(jù)飽和現(xiàn)象.即隨著數(shù)據(jù)的增長(zhǎng),增益矩陣K(k)將逐漸趨丁零,以致遞推算法失去修正水平,偏離真值.為了克服“數(shù)據(jù)飽和現(xiàn)象,采用降低舊數(shù)據(jù)影響的方法來修正該算法.針 對(duì)電池系統(tǒng)的時(shí)變特性,在辨識(shí)算法中必須充分利用新數(shù)據(jù)所包含的信息,盡可能降低舊數(shù)

9、據(jù)的影響,獲得跟蹤參數(shù)變化的實(shí)時(shí)估計(jì).4.1.3遺忘因子遞推最小二乘法簡(jiǎn)介遺忘因子法就是為克服“數(shù)據(jù)飽和現(xiàn)象和解決時(shí)變問題而提出的一種遞推辨識(shí)方法,其根本思想是對(duì)舊數(shù)據(jù)加遺忘因子,降低舊數(shù)據(jù)信息在矩陣P(k)中的占有量,增加新數(shù)據(jù)信息的含量.具體實(shí)現(xiàn)公式如下：?(k) 笥k 1) K(k)z(k) hT(k)?(k 1)T1K(k) P(k 1)h(k)hT(k)P(k 1)h(k) 1(4-11)1tP(k) -I K(k)hT(k)P(k 1),01遺忘因子遞推最小二乘法的結(jié)構(gòu)和計(jì)算流程與遞推最小二乘法根本一致,且初始狀態(tài)的賦值與遞推最小二乘算法一樣.但遺忘因子的取值對(duì)算法的性能會(huì)產(chǎn)生直接

10、影響,當(dāng)取值較大時(shí),算法的跟蹤水平下降,魯棒性增強(qiáng)；當(dāng) 取值較小時(shí),算法的跟蹤水平增強(qiáng),魯棒 性下降,對(duì)噪聲更為敏感.一般情況下,的取值范圍在0950.99之間為宜.4.2被辨識(shí)的數(shù)學(xué)模型為了利用最小二乘法對(duì)鈕電池等效電路進(jìn)行在線辨識(shí),對(duì)第三章提出的改進(jìn)RC模型,建立其數(shù)學(xué)方程,得到如下關(guān)系式：、,Rp-、,、,Voc (-Rohm )I V (4-12) RpCpS 1通分并整理得：RpCpVocS Voc RhmRpCplS (Rohm f NRpCpVs V (4-13)令：a RpCpb RohmRpCp (4-14)c (Rohm Rp)代入式(4-9)得：aVocs Voc bIs

11、 cI aVs V (4-15)由丁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣時(shí)間為1s,因此可令:s x(k) x(k 1) (4-16)代入式(4-4)得系統(tǒng)的差分方程:aVoc(k) Voc(k1) Voc(k) bI(k)I(k 1) cI (k) aV(k)V(k 1) V(k)(4-17)經(jīng)整理得:(a 1)V(k) aV(k繼續(xù)化簡(jiǎn)得：aV(k) V(k 1)a 1然后令：1) (b c)I(k) bI(k 1) (a 1)Voc(k) aV°c(k 1) (4-18)b c baI(k)I (k 1) Voc(k)Voc(k 1) (4-19) a 1 a 1a 1kik2kaab c(4-

12、20)a 1 ba 1那么有:V(k) kiV(k 1) k2l(k) kaI(k 1) Voc(k) kiV0C(k 1) (4-21)式(4-21)就是適合計(jì)算機(jī)處理的鈕電池改進(jìn)的 RC電路數(shù)學(xué)模型,式中V(k)、Voc(k)和 Voc(k 1)是根據(jù)V(k 1)、I (k)和l(k 1)是可以直接測(cè)量的電壓和電流數(shù)據(jù),電池的SOGOCV曲線獲得的開路電壓.然后再根據(jù)式(4-14)&kkkW 1火k；ka W和式(4-20)可求得:RohmRpCp(4-22)至此,可以利用含遺忘因子的遞推最小二乘法求解出fohm、Rp 和 C p o4.3基于遺忘因子遞推最小二乘法的電池參數(shù)辨識(shí)仿

13、真4.3.1電池模型參數(shù)辨識(shí)步驟4.3.2雙向變換器小信號(hào)動(dòng)態(tài)模型雙向DC/DC變換器是非線性電路,當(dāng)它運(yùn)行在某一穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近時(shí), DC/DC變換器的實(shí)際輸出中包含了直流和低頻的調(diào)制頻率電壓,還包括開關(guān)頻 率及其變頻帶、開關(guān)頻率諧涉及其變頻帶等分量 錯(cuò)誤!未找到引用源.當(dāng)開關(guān)頻率及其諧 波分量幅度較小時(shí),開關(guān)頻率諧涉及其變頻帶可以忽略,此時(shí)電路狀態(tài)變量的小信號(hào)擾動(dòng)量之間的關(guān)系呈現(xiàn)線性特性,這時(shí)就可以把它當(dāng)作線性系統(tǒng)來近似,這 就是小信號(hào)建模的概念.當(dāng)然,在使用這種方法建模時(shí),需要注意兩個(gè)約束條件： 一是這里所說的小信號(hào)擾動(dòng)必須是“低頻小擾動(dòng),其擾動(dòng)頻率那么需在開關(guān)頻率 的1/51/2以下,擾

14、動(dòng)幅度要遠(yuǎn)小丁穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)的變量值；二是在建模過程中忽 略了開關(guān)頻率相關(guān)的分量,因而其電壓電流的解中亦不包含這些分量.鑒丁狀態(tài)空間平均法計(jì)算方法較復(fù)雜,而且不夠直觀,本文采用平均開關(guān)模型法,通過電路變換得到直觀的模型.以超級(jí)電容器所連接的雙向DC/DC變換器為例,建立其小信號(hào)動(dòng)態(tài)模型, 其中超級(jí)電容器采用RC等效電路模型.一個(gè)DC/DC變換器可以依據(jù)元件的性 質(zhì)分割成兩局部,即線性局部和非線性局部,在某種程度上可以進(jìn)行疊加分析, 關(guān)鍵是將非線性局部變換成線性定常電路 錯(cuò)誤!未找到引用源.當(dāng)雙向DC/DC工作于 Boost模態(tài)時(shí),超級(jí)電容器作為低壓側(cè)電源,向母線供電,其內(nèi)阻Res不能忽略, 等效電

15、路如圖4-1所示：,ID2C2R0+UbusI開關(guān)網(wǎng)絡(luò)L1圖4-1 Boost變換器拓?fù)溆蓤D4-1中可知,Boost變換器就是由虛線框中的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和其余的線性電 路組成的,這里將開關(guān)電路用二端口網(wǎng)絡(luò)來表示,并定義其端口等效輸入電壓、 電流和輸出電壓、電流四個(gè)變量分別為vi(t)、i(t)、V2(t)、i2(t),如圖4-2(a)所示(a)二端口開關(guān)網(wǎng)絡(luò)(b)受控源代替開關(guān)網(wǎng)絡(luò)圖4-2開關(guān)網(wǎng)絡(luò)與受控源等效變換對(duì)丁 Boost變換器,V1(t)為電感電流,V2(t)為輸出電容電壓.將開關(guān)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行變換,用受控源代替開關(guān)器件,得到如圖 4-2(b)所示拓?fù)?由丁受控源所代表 變量是周期變化的,因此要使

16、圖 4-2中(a)、(b)所示的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)完全等效,那么要應(yīng)用開關(guān)周期平均的概念對(duì)二端口網(wǎng)絡(luò)作周期平均計(jì)算,這里引入開關(guān)平均算子的定義：i.x(t) ；t = 1 ； 丁 x(t)d(4-8)式中：x(t)是變換器中某變量,T為開關(guān)周期.對(duì)變換器的電流、電壓等變量進(jìn)行開關(guān)周期平均運(yùn)算后,將保存原信號(hào)的低頻局部,濾除開關(guān)頻率及其變頻帶、開關(guān)頻率諧涉及其變頻帶等分量, 運(yùn)算后的變量仍滿足其相關(guān)電路方程.將電路中電流、電壓和占空比等變量作開關(guān)周期平 均運(yùn)算并引入低頻小擾動(dòng),令：；Vc(t)；T Vc Vc(t)d (t) D d (t) d (t)1 d (t) D d (t)：i(t)：t 如、1(

17、49)(牛9):Vi (t) ；Td Vi""(Vdc (t) ),TV2(t) "VdcVdc (t):i2(t)T d (t) ji (t) ),T式中：D為開關(guān)導(dǎo)通占空比,D =1-D , T為開關(guān)周期,上式4-9中受控源的電壓、 電流表達(dá)式可展開為：Vi(t)；T Dd(t)Vdc Vdc(t)D Vdc Vdc(t) Vdcd(t) Vdc(t)d(t)(4-10)上、D d(t)Ii(t) DI i(t) I d(t) i(t)d(t) (4-11)由丁是小信號(hào)擾動(dòng),因此式4-10、式4-11中的二次項(xiàng)Vdc(t)d(t)和i(t)d(t)可 以略去,

18、這樣就可將其表示為如圖4-3(a)所示的僅含線性成分的受控源電路形式, 進(jìn)而得到Boost變換器的小信號(hào)等效電路模型.整個(gè)推導(dǎo)過程是通過電路的變換 完成,得到的結(jié)果與狀態(tài)空間平均法一致,但是更加地簡(jiǎn)潔明了.為了讓電路參數(shù)意義更明晰,可進(jìn)一步用理想變壓器替代受控源,那么得到如圖4-3(b)所示的等效電路.V bus( t)(a)用受控源表示的 Boost小信號(hào)電路(b)用變壓器表示的Boost小信號(hào)電路圖4-3基于開關(guān)平均模型的 Boost變換器小信號(hào)等效電路雙向DC/DC限制的實(shí)質(zhì)就是對(duì)開關(guān)占空比的調(diào)節(jié),因此系統(tǒng)的限制量為占 空比d(t),通常以電感電流、電容電壓為狀態(tài)變量,輸出變量那么為變換

19、器的輸出 電壓和電流.在平均開關(guān)小信號(hào)模型中,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了各變量問的解耦,因此,通 過解析小信號(hào)電路,就能得到限制設(shè)計(jì)所需要的傳遞函數(shù).將電路方程進(jìn)行拉式變換,便得到了 s域的傳遞函數(shù).在一定的輸入電壓條件下,狀態(tài)量至限制量 d的傳遞函數(shù)為:v bus (s)5'.)d (s)i l (s)d (s)v sc ( s)vsc (s) 0LCdcs2(-LResCdc)s 皆 D' 2RR(4-12)Vc(RCdc 2)2 LR.2LC dc s2(- ResCdc)s 峪 D'2D'RRR在固定的占空比條件下,狀態(tài)變量至輸入電壓 Vc的傳遞函數(shù)為:D'V

20、bus ( s)vc(s)i l(s)vc( s)d (s) 0d (s) 0LC dcs2也 ResCdc)s 號(hào)D'2uc(4-13)LC q2ResCQses2esD'R根據(jù)相同的方法,可以得到雙向變換器Buck模式下的小信號(hào)等效電路,如圖4-4所示.c cd11二_ SReVC c6圖4-4雙向變換器Buck模態(tài)下小信號(hào)等效電路同樣的,通過分析電路可得到雙向變換器在Buck工作模態(tài)下狀態(tài)變量至控制量的傳遞函數(shù)為：v uc ( s )d (s)i l (s)d (s)vbus (s) 0vbus (s) 0VbusLC ucs2ResCV, Cbus J ucLC ucs

21、2ucResCucs 1es uc(4-14)狀態(tài)變量至輸入量的傳遞函數(shù)為:vuc (s)vbus (s)iL(s)Vbus (s)d (s) 0d (s) 0LC ucS2ResCuc sDC ucsLC ucs2ResC ucs1(4-15)從系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)小信號(hào)模型可以看出,當(dāng)雙向變換器工作丁Buck模態(tài)時(shí),輸出電壓和電感電流對(duì)限制的傳遞函數(shù)開環(huán)零極點(diǎn)均位丁s域左半平面,與占空比無耦合關(guān)系,此時(shí)系統(tǒng)相當(dāng)丁線性變換器,限制器的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單；而當(dāng)雙向變 換器工作丁 Boost模態(tài)時(shí),占空比的變化影響系統(tǒng)傳遞函數(shù)的零極點(diǎn),在電容電 壓變化范圍較寬、負(fù)載波動(dòng)較大的應(yīng)用場(chǎng)合中,需要對(duì)變換器Boost模

22、式的限制環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)地設(shè)計(jì),以獲得較好的限制性能.4.4混合儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電限制策略雙向DC/DC變換器應(yīng)用丁不同場(chǎng)合時(shí)對(duì)限制系統(tǒng)的要求不同,電壓限制和 電流限制方式的動(dòng)態(tài)特性也各有特點(diǎn). 因此,針對(duì)蓄電池和超級(jí)電容器的特性差 異和功率輸出特點(diǎn),需要設(shè)計(jì)不同的限制策略.4.4.1蓄電池充放電限制算法在混合儲(chǔ)能系統(tǒng)中,蓄電池主要承擔(dān)平緩的波動(dòng)功率, 但是對(duì)充電電流比較 敏感,通常是采用三段式充電方式,即包流、包壓和涓流充電.但在混合儲(chǔ)能系 統(tǒng)工作時(shí),蓄電池的充電過程不是連續(xù)的,其充電電流由系統(tǒng)狀態(tài)決定,因此蓄 電池采取電流跟蹤限制方式,進(jìn)行包壓限流充電.在蓄電池處丁正常荷電狀態(tài)時(shí), 通過跟蹤治理單

23、元的電流信號(hào)進(jìn)行充電,當(dāng)蓄電池到達(dá)規(guī)定的高荷電狀態(tài)時(shí),那么轉(zhuǎn)入包壓充電階段.圖4-5蓄電池控充放電限制框圖根據(jù)功率限制系統(tǒng)的要求,蓄電池所承擔(dān)的功率較為平緩,為實(shí)現(xiàn)功率的實(shí) 時(shí)跟蹤,對(duì)蓄電池采用電流限制.雙向變換器處丁不同模式時(shí)的傳遞函數(shù)不同, 因此對(duì)充電和放電狀態(tài)設(shè)計(jì)不同的限制環(huán)節(jié),其限制框圖如圖4-5所示.其中,蓄電池的電流參考信號(hào)由功率給定與其當(dāng)前端電壓的比值得到,通過限幅環(huán)節(jié)作為電感電流基準(zhǔn)；Gm(s)為PWM環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù),可表示為1/Vm, Vm為載波的峰值；Gboid(s)為電感電流信號(hào)至限制信號(hào)的的傳遞函數(shù),上一節(jié)中已得到其解析式；H(S)為電感電流的米樣環(huán)節(jié),一般米用典型的分

24、壓網(wǎng)絡(luò)；Gboil(S)和Gboi2(S)分別為放電和充電狀態(tài)時(shí)的電流環(huán)校正函數(shù). 將上述環(huán)節(jié)結(jié)合在一起,就得到了 限制系統(tǒng)原始回路的增益函數(shù)為Go(s) Gm(s)Gboid(s)H(s)(4-16)而一般原始回路增益函數(shù)無法滿足系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)要求,需要參加補(bǔ)償環(huán)節(jié)Gboi(s)來改善系統(tǒng)性能.這樣系統(tǒng)的開環(huán)增益就變成：Go(s) Gm(s)Gboid(s)Gboi(s) H (s)(4-17)補(bǔ)償環(huán)節(jié)可以通過頻域分析法來設(shè)計(jì),目的是使傳遞函數(shù)的幅頻特性滿足一定的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)指標(biāo),根據(jù)電流環(huán)的特點(diǎn),本文采用如式4-18所示的PID補(bǔ)償環(huán)節(jié),該補(bǔ)償環(huán)節(jié)具有超前-滯后特性,能夠能夠提升系統(tǒng)的靜態(tài)

25、性能和穩(wěn)定性.Gbo,(s) K(4-18) s s 一(1 )LP式中：Kcm為補(bǔ)償增益 , 3z、 3 L 為補(bǔ)償零點(diǎn) ,3z為補(bǔ)償極點(diǎn).4.4.2超級(jí)電容器充放電限制算法超級(jí)電容器主要承擔(dān)高頻的功率波動(dòng)和穩(wěn)定母線電壓的任務(wù), 對(duì)丁限制環(huán)節(jié) 的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能要求較高.因此,超級(jí)電容器充電時(shí)采用電流限制, 參考電流由 混合儲(chǔ)能功率與蓄電池的功率差值自然調(diào)整； 在放電時(shí),為了穩(wěn)定母線電壓,同 時(shí)預(yù)防高頻功率信號(hào)計(jì)算所帶來的時(shí)間滯后和信號(hào)采樣失真, 采用電壓電流雙閉 環(huán)限制策略,讓超級(jí)電容器自動(dòng)承擔(dān)儲(chǔ)能系統(tǒng)與蓄電池的功率差值, 典型的雙閉 環(huán)限制策略如以下圖4-6所示.圖4-6電壓電流雙閉環(huán)限制框

26、圖圖4-6中,外環(huán)為母線電壓環(huán),其作用是保持輸出電壓穩(wěn)定并給定電流信號(hào), 內(nèi)環(huán)為電感電流環(huán),它能夠加快電流的跟蹤速度,提升系統(tǒng)穩(wěn)定性.其中,Gbov(s) 為電壓環(huán)校正環(huán)節(jié),Gboi(s)為電流環(huán)校正環(huán)節(jié),兩者采用常用的PI補(bǔ)償環(huán)節(jié)；Gbovi(s)為輸出電壓至電感電流的傳遞函數(shù),由上一節(jié)的小信號(hào)模型分析得到,Hi(s)和Hv(s)分別為電感電流和電容電壓的采樣函數(shù).超級(jí)電容器工作丁充電狀態(tài)時(shí),如果直接進(jìn)行包壓充電,那么超級(jí)電容器相當(dāng) 丁短路,電流會(huì)非常大,可能損壞開關(guān)器件.因此,在電壓環(huán)中參加一個(gè)飽和限 幅環(huán)節(jié),在超級(jí)電容器電壓沒有到達(dá)設(shè)定值時(shí),電壓環(huán)不起作用,此時(shí)相當(dāng)丁進(jìn)行電流限制,當(dāng)超級(jí)

27、電容器電壓上升至額定電壓時(shí), 就轉(zhuǎn)為包壓充電,超級(jí)電容 器充電限制環(huán)節(jié)如圖4-7所示.圖4-7超級(jí)電容器充電限制環(huán)節(jié)圖4-8引入前饋信號(hào)的超級(jí)電容器雙閉環(huán)限制環(huán)節(jié)超級(jí)電容器主要承擔(dān)高頻的功率波動(dòng),因此放電時(shí)其輸出功率信號(hào)波動(dòng)較大. 本文引入與參考功率相關(guān)的電流信號(hào)作為前饋量,參與到電流內(nèi)環(huán)的限制中,由丁電流內(nèi)環(huán)的截止頻率高丁電壓外環(huán),能夠進(jìn)一步加快變換器對(duì)丁功率信號(hào)的響 應(yīng),改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能.雙向變換器工作丁Boost狀態(tài)時(shí)傳遞函數(shù)相對(duì)復(fù)雜,而且負(fù)載變化范圍較寬,在設(shè)計(jì)補(bǔ)償環(huán)節(jié)時(shí)裕量要根據(jù)極限工作條件計(jì)算.雙向 變換器Boost狀態(tài)下限制環(huán)節(jié)如圖4-8所示.通過本文所給出的充放電限制方法,可以對(duì)蓄電池和超級(jí)電容器的充放電進(jìn)行合理、精確的限制,在滿足混合儲(chǔ)能功率吞吐要求的同時(shí)能夠穩(wěn)定母線電壓, 保證了系統(tǒng)的有效運(yùn)行.4.5系統(tǒng)仿真驗(yàn)證為了驗(yàn)證所提出的混合儲(chǔ)能能量治理方案的有效性,在 Matlab/Simulink平' 臺(tái)中搭建了如圖4-9所示的基丁超級(jí)電容器-蓄電池混合儲(chǔ)能的獨(dú)立光伏發(fā)電系 統(tǒng)模型,表4-1系統(tǒng)仿真參數(shù)儲(chǔ)能設(shè)備額定電壓/V額定電流/A容量電感/mH濾波電容/率/kHz內(nèi)阻/ Q蓄電池組4820200/Ah0.6800200.20超級(jí)電容器組