一种可移动式混合储能系统智能控制方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及系统控制领域，尤其涉及一种可移动式混合储能系统智能控制方法、系统及装置。

背景技术

目前，市场上的可移动式混合储能系统普遍采用锂电池储能方式，这种方式的缺点是电池循环寿命短、充放电次数少以及成本高昂等。锂电池——超级电容混合储能系统结合了锂电池能量密度高、超级电容功率密度高的互补的性能特点，具有充放电稳定、储能效率高、循环寿命长的优点，未来有望成为新能源汽车、光伏和风力发电等领域中替代纯电储能方案的新选择。此外，直接负责管理储能系统充放电的电力电子开关器件，其控制方法的鲁棒性与计算效率也至关重要。其中，现有的传统自抗扰控制方法存在参数调节困难、扰动跟踪能力不佳的难题；而传统的定周期触发模式也有频繁触发控制器，从而导致冗余开关动作和不必要的开关损耗的弊端。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能应用于可移动式混合储能系统的调参简便、扰动跟踪性好且计算效率高的控制方法。

本发明所采用的第一技术方案是：一种可移动式混合储能系统智能控制方法，包括以下步骤：

基于可移动式混合储能系统构建动态事件改进自抗扰控制器；

获取传感器信号并进行信号预处理，得到预处理后的信号；

将预处理后的信号输入至动态事件改进自抗扰控制器进行判断，得到占空比信号；

根据占空比信号生成开关信号控制可移动式混合储能系统中的电路开关。

进一步，所述基于可移动式混合储能系统构建动态事件改进自抗扰控制器这一步骤，其具体包括：

利用状态空间平均法对可移动式混合储能系统进行建模分析，得到状态空间平均方程模型；

基于状态空间平均方程模型，引入串联超前校正环节和设定触发条件，得到动态事件改进自抗扰控制器。

进一步，所述状态空间平均方程模型公式表示如下：

上式中，d

进一步，所述动态事件改进自抗扰控制器包括动态事件触发模块和改进自抗扰控制模块，所述将预处理后的信号输入至动态事件改进自抗扰控制器进行判断，得到占空比信号这一步骤，其具体包括：

将预处理后的信号输入至动态事件触发模块；

基于动态事件触发模块，计算系统状态偏差是否符合触发条件；

判断到状态偏差不符合触发条件，此时DET信号为真，更新状态并通过改进自抗扰控制模块计算占空比信号；

DET信号表示动态事件触发模块的触发信号。

判断到状态偏差符合触发条件，此时DET信号为假，挂起改进自抗扰控制模块，维持上一周期的占空比信号。

进一步，所述改进自抗扰控制模块的模型公式表示如下：

上式中，z

进一步，所述预设条件的公式表示如下：

η(t)+θ[σα(||x(t)||)-γ(||err(t)||)]≥0

上式中，η(t)是引入的动态变量，α(·)和γ(·)是K

本发明所采用的第二技术方案是：一种可移动式混合储能系统智能控制系统，包括：

控制器构建单元，基于可移动式混合储能系统构建动态事件改进自抗扰控制器；

信号预处理单元，用于获取传感器信号并进行信号预处理，得到预处理后的信号；

判断计算单元，将预处理后的信号输入至动态事件改进自抗扰控制器进行判断，得到信号占空比；

控制单元，用于根据信号占空比生成开关信号控制可移动式混合储能系统中的电路开关。

本发明所采用的第三技术方案是：一种可移动式混合储能系统智能控制装置，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如上所述一种可移动式混合储能系统智能控制方法。

本发明方法、系统及装置的有益效果是：本发明通过观测器中引入串联校正环节，对比传统的设计方法，可提高扰动跟踪的快速性、实现无偏的扰动跟踪性能，使闭环控制系统具有较强的抗干扰能力；总结出的参数调节规律所需调整的参数少，参数调节简便；本发明对比传统的基于全变量的事件触发方法，在保证原有的控制效果的前提下，能进一步减少控制任务的执行次数和功率开关的开关动作，节约控制器的计算资源同时，降低开通/关断损耗，提高效率；无需测量锂电池和超级电容的端电压，减少传感器的布置数量及规模，降低传感及相关信号处理的成本，在经济型混合储能系统的应用中具有明显的优势。

附图说明

图1是本发明一种可移动式混合储能系统智能控制方法的步骤流程图；

图2是本发明具体实施例可移动式混合储能系统结构及其负载的示意图；

图3是本发明具体实施例基于动态事件触发自抗扰控制的控制方法框架示意图；

图4是本发明具体实施例改进自抗扰控制模块的示意图；

图5是本发明一种可移动式混合储能系统智能控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

本发明采用的可移动式混合储能系统结构及其负载，主要由混合储能系统、用电负载和直流母线组成，如图2所示。混合储能系统由锂电池和超级电容组成，锂电池通过双向DC/DC变换器(主要包括电感L

混合储能系统中，利用储能装置性能互补的储能特性，即具有高能量密度的锂电池和高功率密度的超级电容，使锂电池负责处理平均功率需求而超级电容处理瞬时功率需求，能够有效减少对锂电池的频繁充放电、减轻瞬态大电流对锂电池的冲击损耗，从而延长锂电池的使用寿命并提高工作效率。传感器测量所得的电流、电压值经过信号处理后与母线电压参考值输入至所设计的基于动态事件触发改进自抗扰控制器中，计算并得到占空比信号——即控制锂电池的变换器的占空比d

参照图1和图3，本发明提供了一种可移动式混合储能系统智能控制方法，该方法包括以下步骤：

S1、基于可移动式混合储能系统构建动态事件改进自抗扰控制器；

S1.1、对可移动式混合储能系统进行建模分析，利用状态空间平均法得到系统的状态空间平均方程模型；

对可移动式混合储能系统利用状态空间平均法可得动态平衡方程：

其中，v

i

因此，对直流母线进行分析，同样可得到动态平衡方程：

其中，v

根据微分方程(1)～(4)式，可得到混合储能系统的状态空间平均方程模型。因为在同一采样周期t

S2、获取传感器信号并进行信号预处理，得到预处理后的信号；

具体地，信号预处理步骤包括电压幅值调制、信号滤波、信号放大与偏置。

S3、将预处理后的信号输入至动态事件改进自抗扰控制器进行判断，得到占空比信号；

所述动态事件改进自抗扰控制器包括动态事件触发模块和改进自抗扰控制模块。

S3.1、参照图4，改进自抗扰控制模块：自抗扰控制算法可将被控对象假设成二阶系统，令系统输出y(t)为直流母线电压v

y(t)＝Cx

其中，

其中，b

y

其中，z(t)＝[z

其中ω

其中，Z

最终的线性反馈控制律也就写成：

其中，

引入串联超前校正环节的优势主要有以下两点：

1)观测器的扰动跟踪性能好。

传统的线性扩张状态观测器LESO中扰动估计误差传递函数E

其中，F(s)是系统总扰动f的传递函数。当误差传递函数(16)和(17)的输入是斜率为K的斜坡信号时，其稳态误差分别为：

可知，传统的LESO所估计的总扰动不为零；而当参数的选取满足ω

2)参数调节简便。

设b为自抗扰控制器中的实际增益，此值往往是时变的；定义K

其中，Y(s)和R(s)分别表示系统输出信号和参考输入信号的拉氏变换。系统特征多项式的各系数a

a

a

由林纳德-奇帕特判据可知，当奇数阶赫尔维茨行列式大于零时，闭环系统稳定。为简化计算，同样可证明当最高阶赫尔维茨行列式大于零，即

时，系统是稳定的。令P＝ω

完成上述设计后，改进自抗扰控制器输出的控制信号

图3改进自抗扰控制模块

S3.2、动态事件触发模块：首先定义在上一触发时刻t

t

系统的状态误差可表示为：

err(t)＝x(t)-x(t

err(t)反映了系统状态偏离上一目标状态的程度，||err(t)||是对应误差的模。基于全变量的事件触发方法一般将触发条件设计成：

其中，

η(t)+θ[σα(||x(t)||)-γ(||err(t)||)]≥0 (27)

其中，α(·)和γ(·)是K

其中，η

对比(26)式和(27)式可知：基于全变量的事件触发方法，需要获取x(t)＝[i

此外，由于引入了动态变量，动态事件触发方法在保证闭环系统稳定的同时，对比基于全变量的事件触发方法等静态事件触发方法，能进一步减少控制任务的执行次数，提高控制器的执行计算效率。

S4、根据信号占空比生成开关信号控制可移动式混合储能系统中的电路开关。

如图2所示，一种可移动式混合储能系统智能控制系统，包括：

控制器构建单元，基于可移动式混合储能系统构建动态事件改进自抗扰控制器；

信号预处理单元，用于获取传感器信号并进行信号预处理，得到预处理后的信号；

判断计算单元，将预处理后的信号输入至动态事件改进自抗扰控制器进行判断，得到占空比信号；

控制单元，用于根据占空比信号生成开关信号控制可移动式混合储能系统中的电路开关。

上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

一种可移动式混合储能系统智能控制装置：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如上所述一种可移动式混合储能系统智能控制方法。

上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，其特征在于：所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于实现如上所述一种可移动式混合储能系统智能控制方法。

上述方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中，本存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。