power-sonic蓄电池一种由光伏/燃料电池/电池/超级电容器供电的直流微电网高效能量管理策略

 由于其低复杂度、小尺寸和组件数量少等优势，由光伏体系、风力涡轮机和燃料电池(FCs)等可再生动力或储能设备组成的直流微电网(DC MG)在近几十年来得到了最广泛的运用[1–3]。这种微电网需要动力办理体系(EMS)来办理电源与读档之间的必要功率，削减功率振荡问题，并在极限条件下安稳读档电压[4–6EMS体系操控具有多项优势，可以优化并操控大型修建中最常见的动力与读档运用，例如工厂、校园、大学、电动汽车(EV)充电站等场所。7, 8因而，EMS作为一种自动化计划，可从电源收集动力计量数据，经过监测图表向用户展示，进而完成可再生动力办理。9, 10]. 但是，近年来，针对不同运用场景（如电动汽车充电站或商业修建）的最优动力办理体系（EMS）开展了多项研讨 [11, 12]. 此外，自混合动力电动汽车大规模进入汽车行业以来，近年来制造商、研讨人员及其他利益相关者对其给予了广泛关注和浓厚兴趣 [13该技能选用的动力体系比传统车辆更为复杂，通常至少包含两种动力，即储能体系(ESS)和燃料电池体系(FCS)，例如超级电容器或锂离子电池。优化能量办理体系(EMS)及组件参数匹配至关重要[14–16文献中已提出若干依据不同策略的微电网能量办理体系的研讨计划，这些计划在考虑不同约束条件的一起，旨在进步直流微电网的功能[17–20它们可分为三种通用办法：依据学习的办法、依据优化的办法和依据规矩的办法，如图1所示。此外，依据学习的办法运用人工智能和机器学习东西来完成EMS算法[18, 19]。因而，该策略能供给最优的EMS以降低成本、操控动力并监控图表。但是，它也存在比如复杂性和更多计算处理等缺陷[20因而，许多学者提出了一种依据EMS的新式优化东西，该东西被证明是改善超级电容（SC）或燃料电池（FC）等MG电源生命周期的强壮办理手法。这些东西可经过两种办法运用：在线优化算法和离线优化算法[21, 22另一方面，依据规矩的办法在直流MG办理中最为常见，特别适用于商业修建领域，因其操作简略、易于施行，且在动力办理方面表现优异[23, 24].

图1：

直流微电网体系的EMS操控策略。

库马尔等人。 [25] 规划了一种微电网（MG），使其可以在两种形式下运转：孤岛形式和与电网通讯形式。该模型被用于电力体系中微电网的开发，其间光伏体系运用不同的最大功率点盯梢（MPPT）操控器进行了测验。电压源逆变器（VSC）单元在 MATLAB® 中进行了规划和仿真，以测验其在不同气候条件下的功能。[26提出了一种孤岛运转的沟通/直流微电网，包含特定负载、分布式发电机、储能单元以及作为可再生动力的光伏体系。为处理孤岛形式下沟通微电网的频率和电压不安稳问题，研讨选用蚱蜢优化算法来优化操控参数。一起，他们还结合下垂操控器进行电压和电流操控，以完成对频率和电压的调理。

文献[27] 的作者提出了一种在偏僻地区运转的混合微电网，该电网由太阳能光伏体系和质子沟通膜燃料电池（PEMFCs）组成。该研讨发现，在小型电网电厂中运用环保型储能单元是现在运用的锂离子电池的最佳代替计划，由于锂离子电池的运用寿数为5-7年。此外，当其寿数完毕并被丢掉时，会对环境形成危害。研讨发现，假如运用直流负载（如电动汽车和充电器），微电网体系的功率更高，生产力也更好。文献[28]规划了一种依据FC设备的储能体系(ESS)，用于保持偏僻地区人口的电力供需平衡。该架构经过MATLAB®和Simulink®东西进行建模与模仿，提出了一套适用于光伏阵列和FC体系的储能计划，可满足偏僻地区社区修建的用电需求。研讨还提出选用EMS体系来操控直流母线电压，并完成各电源之间的最优功率分配。

高等人。 [29] 提议在微电网体系中运用实时数字 Simulink®，这有助于确认微体系离网或并网运转时各电源的合适工作时间。运用该东西的意图是安排和调理各电源的工作时间。一个微电网网络运用了多种可再生动力，如光伏、风力发电、燃料电池和超级电容。文献[30]提出了一种由电池、燃料电池(FC)和光伏(PV)体系组成的混合动力体系，用于电动汽车充电。该研讨经过MATLAB®/Simulink®程序进行建模与模仿，体系功率符合要求，仿真结果与实验数据的匹配验证了这一点。研讨发现，选用能量办理体系(EMS)设备可有用进步动力运用功率。

在 [31], 提出了一种由光伏/燃料电池/电池组成的微电网体系，该体系包含储能单元。除了能量办理体系外，还选用了模型猜测操控来与电网共享最优有功功率。这种办法削减了电池耗费，但缺陷在于依靠猜测结果的准确性。它也是一个不安稳且易变的组件。 操控问题经过依据蜜蜂群落改善的过程得以处理，该过程在考虑体系分时电价和技能限制的一起，处理了将每日能量输入机器的经济问题。文献[32] 提出了一种依据60V低压直流母线的直流微电网，以在不同气候条件下改善读档条件。用于给电池充电的操控计划选用份额积分（PI）操控器，且电池的需求数值被规划为与超级电容电压相匹配。因而，此时存在一些问题：超级电容电压或直流母线电压的扰动。另一个问题是，这项工作适用于低压运用，而不适用于直流母线电压为~380V的沟通微电网。

Thounthong等人。 [33] 提出了一种以锂离子电池作为储能体系（ESS）的光伏/燃料电池（PV/FC）供电体系，用于安稳直流微电网（DC MG）运用中的直流母线电压。在本研讨中，选用最大功率点盯梢（MPPT）技能最大化光伏和燃料电池的输出功率，以证明在不同气候条件（如光照强度和温度值）下直流母线负载的最优功率参考值。此外，经过线性PI操控器和非线性平整度操控器操控电池荷电状态（SOC），以保持直流母线电压在其参考值。 最后，运用数字信号处理操控器对小型供电体系进行了实验研讨，以展示所提操控计划的功能。

文献[34]提出了一种混合直流/沟通微电网体系。该研讨旨在运用依据最大功率点盯梢（MPPT）技能的灰狼优化算法，改善并进步微电网的电能质量。此外，该研讨的功能经过模仿进行了测验，以向共用电网供给最活跃的电力，其间包含光伏体系和质子沟通膜燃料电池，它们被用作可再生动力来源。在[35], 提出了一种自主微电网体系，整合了小型风力发电机、光伏体系和水动力三种或许的可再生动力，为偏僻社区供电。该研讨首先与当地居民协商，预算该地区的电力需求。HOMER渠道依据需求计算结果生成了经济高效的微电网。该微电网的组件包含一台6.4千瓦的小型风力发电机、4.4千瓦的太阳能光伏板、一台5千瓦的水动力水轮机、电池储能体系和转换器。

文献[36] 完成了并网太阳能光伏/电池/电动汽车微电网混合模型的实用化装置与功能评价，该模型用于最大化光伏自发自用。2018年8月，整个微电网（由两个子体系组成：2.16 kW多晶光伏阵列；2.4 kW单晶光伏计划；以及装备6.1 kWh锂离子电池才能的电动汽车）在法国米卢斯技能大学进行了户外布置。文献[37] 提出了一种依据可再生动力的混合体系，用于偏僻站点的电气化，并由电力办理体系（PMS）进行办理。该研讨旨在削减化石燃料的运用，进步可再生动力的功率，以削减温室气体排放。这项工作提出了一种依据模糊逻辑操控器（FLC）的PMS，用于调理带有电池储能元件的光伏/柴油混合体系，该体系连接到直流母线。所提出的PMS彻底依据FLC，以完成体系在各种形式之间平稳过渡。所提出的PMS的有用性取决于在处理体系之前对FLC参数设置的有用性。

文献[38]提出了一种用于下垂操控微电网的新操控器，可以调理频率和电压，并独立供给功率不平衡。所建议的技能被称为广义PI有限时间操控器（GPI-FTC）。该建议技能是经过改善传统PI操控器，在积分动态中添加共识项，并选用操控Lyapunov函数办法创立的。在[39] 研讨人员提出了一种D分区办法，为微电网的分布式发电供给读档频率操控。微电网经过结合可再生和不行再生化石燃料来满足功率分配需求，且容量较小。此外，还施行了PI操控器来操控光伏体系等可再生动力，以削减频率误差，从而有用调理微电网的有功功率生成。一起，依据D分区的PI操控器参数设置与传统的齐格勒-尼科尔斯办法进行了比较。文献[40] 提出了一种依据操控办法的优化计划，以进步依据逆变器的微电网功能。该计划选用矢量级联操控办法，运用PI操控器对逆变器进行操控。其首要意图是运用优化办法来确认PI操控器的参数值。本研讨选用呼应面法推导出多目标函数。关于微电网操控而言，电池储能体系广泛选用PI操控办法，因而PI调理器被用作外部和内部操控环路。在[41选用模型猜测操控办法以进步微电网的功能并进步功率。

本文提出了一种依据平整非线性操控理论的高效能量办理体系（EMS），并将其运用于光伏/燃料电池/电池/超级电容直流微电网体系。本研讨的首要立异点在于选用平整理论的非线性操控计划来操控和办理直流微电网，研讨需求负荷和光伏功率波动的影响；与传统的PI操控相比，该研讨具有更强的鲁棒性。此外，本研讨的首要奉献可归纳如下：

• (i) 运用非线性操控办法改善负载与可再生动力或储能体系之间的功率分配。依据此，在本研讨中，针对具有非线性输出特性的直流微电网整体组件（如光伏体系和燃料电池）进行了优化。

• (ii) 运用平整性操控作为高效且高效的能量办理体系（EMS）办法，代替传统的线性PI操控器，以安稳负载的直流母线电压。