基于分層控制的光—儲—燃直流供電系統能量管理方法

薛 花, 胡英俊, 董丙偉, 王育飛

(上海電力學院電氣工程學院, 上海市 200090)

0 引言

近年來,光伏發電成為最有發展前景的可再生能源發電技術之一。同時,燃料電池由于其綠色、高效,靈活的模塊化結構和穩定的功率輸出,也正成為廣泛應用的綠色能源之一[1-3]。然而,光伏發電具有間歇性、隨機性的不足,燃料電池由于內部電化學和熱力學反應緩慢的原因難以快速響應光伏發電和電力負荷瞬變[4-5]。為了進一步提升供電質量,結合超級電容和蓄電池,共同構成的光—儲—燃直流供電系統能夠平滑光伏輸出功率波動,同時提升供電可靠性,因而得到了越來越多的關注與應用[6-7]。

針對光伏/燃料電池/蓄電池/超級電容組成的光—儲—燃直流供電系統,實現各電源間的協調控制與能量最優分配是混合直流供電系統進一步推廣應用的關鍵所在。現有能量管理方法中,模糊控制[8]、小波變換[9]、反饋線性化[10]等給出了有效可行的控制策略。然而,上述方法應用于一種或兩種混合電源供電系統是可行的,但因計算復雜,現有方法應用于具有多電源特點的光—儲—燃直流供電系統時,難以同時實現快速動態響應、高穩定性和魯棒性。模型預測控制(MPC)方法利用系統模型預測未來的控制輸入和對象響應,可根據給定性能要求滾動求解最優控制律,具有靈活的多輸入多輸出處理能力,結構簡單且動態響應性能優良[11-12]。文獻[13]針對超級電容/蓄電池組成的混合電源,提出MPC方法,求取系統約束條件下超級電容和蓄電池的最優脈寬調制(PWM)占空比,實現系統穩定、協調控制,驗證了模型預測方法在儲能系統能量管理中的有效性和可行性。……