提出了一種以動態(tài)響應一致性為最優(yōu)目標的自適應控制策略

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》雜志上撰文指出，微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)中的超級電容器組主要用于滿足系統(tǒng)對快速動態(tài)響應的要求，因此其在不同工況下的響應需要保持一致性，以保證后級用電負荷的匹配度。

本文提出了一種以動態(tài)響應一致性為最優(yōu)目標的自適應控制策略。根據(jù)系統(tǒng)的小信號模型，在保持穩(wěn)定性的前提下，可借助系統(tǒng)的階躍響應分別求出不同工作狀態(tài)下的合適控制參數(shù)。

在運行時，即可根據(jù)系統(tǒng)當前所處的工作狀況，由微處理器在線自動選擇最優(yōu)的控制參數(shù)組合，從而達到任何情況下的輸出動態(tài)響應一致化。在給出了原理分析和設計方法后，實驗樣機證明了該新穎自適應控制策略的有效性，具有應用價值。

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

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

該儲能系統(tǒng)一般采用電池組和超級電容器兩種儲能元件混合的形式，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；而超級電容器可改善系統(tǒng)動態(tài)響應，緩沖負荷波動帶來的功率沖擊，延長儲能裝置壽命[6]-[8]。

超級電容器組通常是經(jīng)過后級DC-DC變流器實現(xiàn)和母線間的功率和能量傳遞。在設計上，由于超級電容器組的端壓在充放電的過程中一直處于變化狀態(tài)，不會保持相對恒定，這就對后級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電容器端壓VUC項，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)整時間等動態(tài)響應指標，不利于后級用電負荷的匹配設計。在極端情況下，易造成儲能系統(tǒng)和負荷之間的時序失配或電壓超限，影響微電網(wǎng)的穩(wěn)定運行并降低可靠性。

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

圖1 超級電容器組儲能單元

結論

本文提出一種針對儲能系統(tǒng)中超級電容器組動態(tài)響應一致性最優(yōu)的自適應控制策略。通過系統(tǒng)的小信號模型，以各種情況下的階躍響應一致性為目標，可求得當前工作條件下最優(yōu)化的控制參數(shù)。

經(jīng)由微處理器根據(jù)實際情況加以動態(tài)選擇上述控制參數(shù)，達到輸出動態(tài)響應一致的設計目的，以簡化后級負荷的設計難度，增加系統(tǒng)匹配性。

實驗樣機和結果證明了自適應控制策略的正確性和所提控制策略的可行性，具有實際應用價值。