一种双闭环直流微网混合储能控制装置的制作方法

本实用新型涉及一种直流微网的混合储能控制装置，特别是一种基于自抗扰技术的双闭环直流微网混合储能控制装置。

背景技术：

随着传统的化石能源日益枯竭，以太阳能、风能等清洁能源为主的分布式发电得到了广泛重视，微电网也随之产生。微电网多以交流微电网为主，但是随着直流用电设备的增加，无需考虑相位同步、谐波污染和无功功率损耗等方面问题的直流微电网逐渐发展起来。但是，风、光等分布式电源具有间歇性和波动性，负载所消耗的功率也具有不确定性，会导致系统功率供需失衡，进而影响微电网的稳定运行，因此需要就地配置一定容量的储能系统来抑制微电网的功率波动并维持直流母线电压稳定。

蓄电池能量密度大、技术成熟、成本低等优点得到了广泛的应用。但是为维持系统运行模式切换时的能量平衡，储能单元往往需要吸收或发出较大的冲击功率，频繁的充放电会严重影响蓄电池的使用寿命。超级电容具有功率密度大、动态响应快、循环寿命长等优点。采用蓄电池和超级电容的混合储能装置将大大提高储能系统的性能。

目前的储能控制器大多数采用PI控制，但是储能系统具有非线性、时变、耦合的特征，基于线性化的PI控制难以实现良好的控制效果。

技术实现要素：

发明目的：针对上述现有技术，提出一种双闭环直流微网混合储能控制装置，克服控制器采用PI控制的不足。

技术方案：一种双闭环直流微网混合储能控制装置，光伏电池、蓄电池以及超级电容均分别通过双向DC-DC变换器连接到直流母线，包括用于采集所述超级电容端电压以及输出电流的第一检测器，用于采集所述蓄电池端电压和输出电流的第二检测器，用于采集所述光伏电池输出电压、电流以及功率的第三检测器，用于采集直流负载端电压、输入电流以及功率的第四检测器，用于接收第三检测器和第四检测器输出信号的波动功率计算模块，用于将波动功率分频得到高频部分和平滑部分的低通滤波器，以及第一自抗扰控制器、第二自抗扰控制器、第一PWM脉宽调制电路、第二PWM脉宽调制电路；其中，所述第三检测器和第四检测器的输出端连接所述波动功率计算模块的输入端，所述波动功率计算模块的输出端连接所述低通滤波器的输入端，所述低通滤波器输出的所述高频部分以及所述第一检测器的输出信号均输入到所述第一自抗扰控制器的信号输入端，所述低通滤波器输出的所述平滑部分以及所述第二检测器的输出信号均输入到所述第二自抗扰控制器的信号输入端，所述第一自抗扰控制器的信号输出端连接所述第一 PWM脉宽调制电路的输入端，所述第二自抗扰控制器的信号输出端连接所述第二PWM 脉宽调制电路的输入端，所述第一PWM脉宽调制电路的输出端接所述超级电容连接的 DC-DC变换器的控制端，所述第二PWM脉宽调制电路的输出端接所述蓄电池连接的 DC-DC变换器的控制端。

有益效果：本实用新型的一种双闭环直流微网混合储能控制装置，基于自抗扰技术的双闭环控制，克服功率波动过程中存在的非线性、时变以及受到环境影响及电池和超级电容自身衰减等问题，维持直流母线电压的稳定，具有较好的控制品质。

附图说明

图1为本实用新型的控制装置结构示意图；

图2为超级电容的自抗扰控制充放电控制框图；

图3为蓄电池的自抗扰控制充放电控制框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做更进一步的解释。

如图1所示，一种双闭环直流微网混合储能控制装置，混合储能装置由超级电容和蓄电池组成，光伏电池、蓄电池以及超级电容均分别通过双向DC-DC变换器连接到直流母线。

控制装置包括用于采集超级电容端电压以及输出电流的第一检测器，用于采集蓄电池端电压和输出电流的第二检测器，用于采集光伏电池输出电压、电流以及功率的第三检测器，用于采集直流负载端电压、输入电流以及功率的第四检测器，用于接收第三检测器和第四检测器输出信号并计算功率波动的波动功率计算模块，用于将波动功率分频得到高频部分和平滑部分的低通滤波器，以及第一自抗扰控制器、第二自抗扰控制器、第一PWM脉宽调制电路、第二PWM脉宽调制电路。

其中，第三检测器和第四检测器的输出端连接波动功率计算模块的输入端，波动功率计算模块的输出端连接低通滤波器的输入端，低通滤波器输出的高频部分以及第一检测器的输出信号均输入到第一自抗扰控制器的信号输入端，低通滤波器输出的平滑部分以及第二检测器的输出信号均输入到第二自抗扰控制器的信号输入端，第一自抗扰控制器的信号输出端连接第一PWM脉宽调制电路的输入端，第二自抗扰控制器的信号输出端连接第二PWM脉宽调制电路的输入端，第一PWM脉宽调制电路的输出端接超级电容连接的DC-DC变换器的控制端，第二PWM脉宽调制电路的输出端接蓄电池连接的 DC-DC变换器的控制端。

正常运行时，光伏电池发出的功率Pv、直流负载消耗的功率Pload以及混合储能装置调节功率Pe相平衡，共同维持稳定直流母线电压。储能需要平衡的波动部分由采集到的直流母线输出给负载功率部分和光伏电池输入给直流母线部分来确定。其中，若超级电容/蓄电池从系统吸收功率，则对应功率Psc/Pbat为正，若超级电容/蓄电池向系统提供功率，则对应功率Psc/Pbat为负。

当通过第四检测器检测到负载功率增加或减少时，或通过第三检测器检测到光伏电池输出功率发生变化时，通过波动功率计算模块计算出微电网的功率波动，将该功率波动输入到一阶低通滤波器进行分频，分频后的高频部分主要由超级电容承担，平滑部分由蓄电池平衡。

自抗扰控制器为现有技术，其包括功率控制模块以及电流控制模块，功率控制模块用于根据低通滤波器输出的平滑部分或高频部分的功率参考值与蓄电池或超级电容的实际输出功率的差值计算得到电流参考值，电流控制模块用于根据电流参考值与通过第一检测器/第二检测器检测到的实际电流的差值计算得到输入到PWM脉宽调制电路的控制信号。

如图3所示，对于超级电容，将分频后的高频部分的功率参考值Psc-ref同第一检测器采集到的电压和电流求得的功率Psc进行比较，信号送入外环的功率控制模块，功率控制模块输出电流的参考值Isc-ref与第一检测器测得的电流实际值Isc相比较，信号送入内环电流控制模块，电流控制模块输出可控调制信号经过脉宽调制电路到超级电容对应的双向DC-DC变换器，从而控制超级电容的充放电工作。

对于蓄电池，将分频后的低频部分的功率参考值Pb-ref同第二检测器采集到的电压和流过的电流求得的功率Pb进行比较，信号送入外环功率控制模块，功率控制模块输出电流的参考值Ib-ref与测得的电流实际值Ib相比较，信号送入内环电流控制模块，电流控制环输出可控调制信号经过脉宽调制电路到双向DC-DC变换器，从而控制蓄电池的充放电工作。

本实施例中，第一检测器和第二检测器采用中创智合的ZH-4223-14D1，这是一款综合测量的智能型隔离变送器，对直流单相回路进行全参数测量；采用高精度24位专用AD芯片，动态范围比高达1000：1；测量参数有电压、电流、功率、累计电量等各种电参数，精度高，稳定性好，通讯速率高，并具有全隔离处理技术，抗干扰能力强。测量电量参数通过RS-485数字接口输出实现远程传输，产品的MODBUS协议具有很强的兼容性。电压量程为0～1V-500V DC，电流量程最高支持0～35A，隔离耐压等级高，温度范围广。第三检测器和第四检测器采用中创智合的ZH-44084-14M2，这是一款实时测量采集8路直流负载的电参数综合采集模块，采用高速隔离器件实现每通道信号之间的隔离，信号测量采用专用的24位高精度真有效值测量芯片，测量电流、电压、功率、累积电量等有效值参数，精度高，稳定性好，采样速度快；并采用标准RS-485总线MODBUS-RTU协议。电压量程和电流量程以及采集环境均适合本实用新型。

以内环电流环为例，电流控制模块由TD(跟踪微分器)，ESO(扩张状态观测器)、和NLSEF(非线性状态误差反馈)三个部分组成，由外环得到的参考电流连接到跟踪微分器的输入端，通过TD安排过度过程，合理获得输入的各阶微分信号，同时减小初始控制量，以避免超调现象；被控对象的输入控制信号及实际电流信号连接到ESO，通过扩张状态观测器观测输出的各阶微分状态，与微分信号比较后得到误差信号。误差信号连接到NLSEF信号输入端，经过非线性配置，就实现了非线性状态误差反馈控制律，形成控制量，并将控制量从输出端输出。扩张状态观测器扩张出比系统高一阶的微分信号即系统总扰动，将这部分从先前形成的控制量中刨除即得到不含扰动影响的控制量，从而达到更好的控制效果。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。