提出了一種以動(dòng)態(tài)響應(yīng)一致性為最優(yōu)目標(biāo)的自適應(yīng)控制策略

浙江網(wǎng)新聯(lián)合工程有限公司、諾基亞通信系統(tǒng)技術(shù)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(shù)》雜志上撰文指出，微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)中的超級(jí)電容器組主要用于滿足系統(tǒng)對(duì)快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求，因此其在不同工況下的響應(yīng)需要保持一致性，以保證后級(jí)用電負(fù)荷的匹配度。

本文提出了一種以動(dòng)態(tài)響應(yīng)一致性為最優(yōu)目標(biāo)的自適應(yīng)控制策略。根據(jù)系統(tǒng)的小信號(hào)模型，在保持穩(wěn)定性的前提下，可借助系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分別求出不同工作狀態(tài)下的合適控制參數(shù)。

在運(yùn)行時(shí)，即可根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前所處的工作狀況，由微處理器在線自動(dòng)選擇最優(yōu)的控制參數(shù)組合，從而達(dá)到任何情況下的輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)一致化。在給出了原理分析和設(shè)計(jì)方法后，實(shí)驗(yàn)樣機(jī)證明了該新穎自適應(yīng)控制策略的有效性，具有應(yīng)用價(jià)值。

作為可再生清潔新能源技術(shù)的典型應(yīng)用，微電網(wǎng)將在未來智慧城市供能、交通以及保障工商業(yè)活動(dòng)等各項(xiàng)主要市政功能建設(shè)中起到支撐作用，在我國已被列入“十三五”相關(guān)規(guī)劃。

為了保證微電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，其內(nèi)部的儲(chǔ)能系統(tǒng)需要兼具高能量密度和高功率密度的特性，以抑制負(fù)荷突變帶來的功率波動(dòng)并改善電能質(zhì)量[1]-[5]。

該儲(chǔ)能系統(tǒng)一般采用電池組和超級(jí)電容器兩種儲(chǔ)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(wěn)態(tài)母線電壓；而超級(jí)電容器可改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，緩沖負(fù)荷波動(dòng)帶來的功率沖擊，延長儲(chǔ)能裝置壽命[6]-[8]。

超級(jí)電容器組通常是經(jīng)過后級(jí)DC-DC變流器實(shí)現(xiàn)和母線間的功率和能量傳遞。在設(shè)計(jì)上，由于超級(jí)電容器組的端壓在充放電的過程中一直處于變化狀態(tài)，不會(huì)保持相對(duì)恒定，這就對(duì)后級(jí)的變流器的控制帶來了挑戰(zhàn)：因該變流器的主功率增益中包含超級(jí)電容器端壓VUC項(xiàng)，故變流器輸出的暫態(tài)過程特征也是隨VUC變化的[9]，很難通過一套固定的PI或PID反饋環(huán)節(jié)參數(shù)加以優(yōu)化。

而這些隨外部條件變化的超調(diào)量及調(diào)整時(shí)間等動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)，不利于后級(jí)用電負(fù)荷的匹配設(shè)計(jì)。在極端情況下，易造成儲(chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)荷之間的時(shí)序失配或電壓超限，影響微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行并降低可靠性。

本文提出的新穎自適應(yīng)控制方案，以保證在各種條件下DC-DC變流器的輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征一致性為優(yōu)化目標(biāo)，通過檢測(cè)輸入輸出狀態(tài)，在線選取適應(yīng)的控制參數(shù)，從而達(dá)到輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)和變流器外部工作狀況解耦，便于后級(jí)用電負(fù)荷的電氣配合。

圖1 超級(jí)電容器組儲(chǔ)能單元

結(jié)論

本文提出一種針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)中超級(jí)電容器組動(dòng)態(tài)響應(yīng)一致性最優(yōu)的自適應(yīng)控制策略。通過系統(tǒng)的小信號(hào)模型，以各種情況下的階躍響應(yīng)一致性為目標(biāo)，可求得當(dāng)前工作條件下最優(yōu)化的控制參數(shù)。

經(jīng)由微處理器根據(jù)實(shí)際情況加以動(dòng)態(tài)選擇上述控制參數(shù)，達(dá)到輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)一致的設(shè)計(jì)目的，以簡化后級(jí)負(fù)荷的設(shè)計(jì)難度，增加系統(tǒng)匹配性。

實(shí)驗(yàn)樣機(jī)和結(jié)果證明了自適應(yīng)控制策略的正確性和所提控制策略的可行性，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。