[发明专利]一种混合储能系统充放电切换过程动态优化控制方法

摘要

一种混合储能系统充放电切换过程动态优化控制方法，包括以下步骤：步骤一、考虑混合储能系统中的第i个储能单元，以储能单元的剩余荷电量的变化表示充放电过程，应用能量守恒定理，建立该储能单元的充放电过程的动态数学模型；步骤二、考虑实际混合储能系统的充放电情况，对混合储能系统充放电过程动态模型进行变换设计；步骤三、考虑超级电容充放电变换模型；步骤四、考虑混合储能系统荷电量约束和功率输入输出约束，得混合储能系统充电过程动态优化控制器和放电过程动态优化控制器。本发明提供一种思路简单、使用方便、实用性良好的混合储能系统充放电切换过程动态优化控制方法。

主权项

1.一种混合储能系统充放电切换过程动态优化控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、考虑混合储能系统中的第i个储能单元，以储能单元的剩余荷电量的变化表示充放电过程，应用能量守恒定理，建立该储能单元的充放电过程的动态数学模型，见式(1)和(2)其中，n表示混合储能系统中的储能单元总数，式(1)表示第i个储能单元的充电过程动态模型，式(2)表示第i个储能单元的放电过程动态模型，t表示充放电的时间，单位min，Qi表示第i个储能单元的剩余荷电量，单位MW，Pi表示第i个储能单元的充放电功率，单位MW/min，σc,i表示第i个储能单元的充电过程的自放电率，单位％/min，ηc,i表示第i个储能单元的充电效率，单位％，σd,i表示第i个储能单元的放电过程的自放电率，单位％/min，ηd,i表示第i个储能单元的放电效率，单位％；步骤二、考虑实际混合储能系统的充放电情况，对混合储能系统充放电过程动态模型进行变换设计，定义变量x_i＝Q_i和u_i＝P_i，其中i＝1,…,n，定义混合储能系统的向量和根据公式(1)和(2)，分别定义混合储能系统的充放电过程的动态数学模型，见式(3)和(4)其中，式(3)表示混合储能系统的充电过程动态模型，式(4)表示混合储能系统的放电过程动态模型，t表示充放电的时间，单位min，x表示储能系统中储能器件的荷电量，单位MW，u表示充放电功率，单位MW/min；步骤三、考虑储能单元充放电变换模型式(3)和(4)，定义矩阵求解不等式方程组，见式(5)其中P是未知变量；利用一元二次不等式方程组求解式(5)的未知变量P，得到式(5)的解，见式(6)下标n×n表示P是n行n列的矩阵，在采样时刻t，测量混合储能系统当前荷电量x(t)，构造充电过程输入函数uc(t)，见式(7)和放电过程输入函数ud(t)，见式(8)其中，和未知参数θ₁、θ₂、θ₃和θ₄；步骤四、考虑混合储能系统荷电量约束和功率输入输出约束，设定参数θ1、θ2、θ3和θ4的取值范围D，混合储能系统充电性能目标函数lc(x,u)，见式(9)和混合储能系统放电性能目标函数ld(x,u)，见式(10)其中，xi,c是第i个储能单元的充电目标，xi,d是第i个储能单元的放电目标，qc,i和qd,i是调试参数，i＝1,…,n，对混合储能系统充电过程，应用坐标轮换法求解优化问题，见式(11)得到参数最优值θ1*和θ2*；对混合储能系统放电过程，应用坐标轮换法求解优化问题，见式(12)得到参数最优值θ3*和θ4*，其中，X表示混合储能系统荷电量约束限制，U表示混合储能系统充放电过程的功率输入输出约束限制，T表示优化时域，Jc(x)表示优化时域内的累加充电过程性能函数，Jd(x)表示优化时域内的累加放电过程性能函数，将参数最优值(θ1*,θ2*)和(θ3*,θ4*)分别代入式(7)和式(8)，得混合储能系统充电过程优化控制器和放电过程优化控制器，在下一个采样时间到达后，再次重复求解式(11)和式(12)，得混合储能系统充电过程动态优化控制器和放电过程动态优化控制器。