本發(fā)明涉及儲能，特別涉及一種基于自抗擾控制的混合儲能系統(tǒng)能量管理策略和相關(guān)裝置。

背景技術(shù)：

1、在碳中和的大背景下，與儲能相關(guān)的領(lǐng)域亟需探索新能源燃料，以減少對傳統(tǒng)石化燃料的依賴。氫能作為一種清潔、無污染且來源廣泛的新能源被日漸重視。燃料電池(fuel?cell，fc)由于其高能量密度和清潔運行等特點，已成為氫能應(yīng)用的主要形式，備受人們關(guān)注。但由于燃料電池的動態(tài)響應(yīng)較差，難以單獨滿足瞬時功率需求，因此將燃料電池與電儲能設(shè)備結(jié)合的混合儲能系統(tǒng)(hybrid?energy?storage?system，hess)應(yīng)運而生。其中，混合儲能系統(tǒng)應(yīng)用于載運工具和/或可再生能源系統(tǒng)，載運工具包括但不限于乘用車、卡車、客車、輪船、飛機，可再生能源系統(tǒng)包括但不限于電網(wǎng)、微電網(wǎng)，混合儲能系統(tǒng)至少包括電儲能設(shè)備和燃料電池，電儲能設(shè)備包括但不限于超級電容器、鋰離子電池和鈉離子電池，燃料電池包括但不限于質(zhì)子交換膜燃料電池、堿性燃料電池、磷酸燃料電池、固體氧化物燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池。

2、模型預(yù)測控制(model?predictive?control，mpc)作為一種基于優(yōu)化的控制方法，可以通過預(yù)測未來的模型狀態(tài)變化趨勢，向閉環(huán)控制器輸入控制變量，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。對于常用的閉環(huán)控制器，傳統(tǒng)的比例積分(proportional?integral，pi)控制器容易引起系統(tǒng)超調(diào)或穩(wěn)態(tài)誤差。因此，需要提供一種基于自抗擾控制的混合儲能系統(tǒng)能量管理策略和相關(guān)裝置。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于自抗擾控制的混合儲能系統(tǒng)能量管理策略和相關(guān)裝置，改善了現(xiàn)有技術(shù)混合儲能系統(tǒng)中由于pi控制器存在超調(diào)的情況，導(dǎo)致其控制性能較差的問題。

2、本發(fā)明提供的一種基于自抗擾控制的混合儲能系統(tǒng)能量管理策略，應(yīng)用于混合儲能系統(tǒng)，所述能量管理策略包括：獲取所述燃料電池在當前采樣時刻的輸出電流，以及所述燃料電池在當前采樣時刻和下一采樣時刻的電流變化量；基于所述輸出電流和電流變化量，生成當前采樣時刻至下一采樣時刻之間的電流預(yù)測軌跡和電流微分軌跡；將當前采樣時刻至下一采樣時刻之間劃分為多個子采樣時刻，并對所述輸出電流進行擴展狀態(tài)觀測，生成各個子采樣時刻的第一狀態(tài)估計、第二狀態(tài)估計和第三狀態(tài)估計；按照各個子采樣時刻，根據(jù)所述電流預(yù)測軌跡和對應(yīng)的第一狀態(tài)估計、所述電流微分軌跡和對應(yīng)的第二狀態(tài)估計，計算電流預(yù)測誤差和微分誤差；按照各個子采樣時刻，依據(jù)對應(yīng)的電流預(yù)測誤差、微分誤差和第三狀態(tài)估計，計算控制電壓；按照各個子采樣時刻，根據(jù)各個子采樣時刻的控制電壓調(diào)整所述混合儲能系統(tǒng)中升壓變換器的占空比，并基于調(diào)整后的占空比分配所述燃料電池和所述電儲能設(shè)備在對應(yīng)子采樣時刻的能量。

3、于本發(fā)明一實施例中，所述基于所述輸出電流和電流變化量，生成當前采樣時刻至下一采樣時刻之間的電流預(yù)測軌跡和電流微分軌跡，包括：基于所述輸出電流和電流變化量，計算當前采樣時刻的參考電流以及下一采樣時刻的參考電流；對當前采樣時刻的參考電流和下一采樣時刻的參考電流之間進行插值處理，生成當前采樣時刻至下一采樣時刻之間初始的電流預(yù)測軌跡；對所述初始的電流預(yù)測軌跡進行低通濾波，生成當前采樣時刻至下一采樣時刻之間最終的電流預(yù)測軌跡；對所述最終的電流預(yù)測軌跡進行差分處理，得到電流微分軌跡。

4、于本發(fā)明一實施例中，所述將當前采樣時刻至下一采樣時刻之間劃分為多個子采樣時刻，對所述輸出電流進行擴展狀態(tài)觀測，生成各個子采樣時刻的第一狀態(tài)估計、第二狀態(tài)估計和第三狀態(tài)估計，包括：基于預(yù)設(shè)的子采樣間隔，將當前采樣時刻至下一采樣時刻之間劃分為多個子采樣時刻；針對每一個子采樣時刻，基于所述燃料電池在前一個子采樣時刻的輸出電流以及第一狀態(tài)估計、第二狀態(tài)估計和第三狀態(tài)估計，通過擴展狀態(tài)觀測生成子采樣時刻的第一狀態(tài)估計、第二狀態(tài)估計和第三狀態(tài)估計；其中，子采樣時刻為當前采樣時刻時，第一狀態(tài)估計、第二狀態(tài)估計和第三狀態(tài)估計具有初始的預(yù)設(shè)值。

5、于本發(fā)明一實施例中，針對每一個子采樣時刻，電流預(yù)測誤差的計算過程為：從所述電流預(yù)測軌跡中查找該子采樣時刻對應(yīng)的電流預(yù)測值；根據(jù)電流預(yù)測值和對應(yīng)的第一狀態(tài)估計，計算電流預(yù)測誤差。

6、于本發(fā)明一實施例中，針對每一個子采樣時刻，微分誤差的計算過程為：從所述電流微分軌跡中查找該子采樣時刻對應(yīng)的微分值；根據(jù)微分值和對應(yīng)的第二狀態(tài)估計，計算微分誤差。

7、于本發(fā)明一實施例中，針對每一個子采樣時刻，依據(jù)對應(yīng)的電流預(yù)測誤差、微分誤差和第三狀態(tài)估計，計算控制電壓，包括：對電流預(yù)測誤差和微分誤差分別進行比例積分，并將積分結(jié)果加權(quán)求和，得到該子采樣時刻的反饋控制電壓；根據(jù)第三狀態(tài)估計，確定該子采樣時刻的擾動補償；根據(jù)反饋控制電壓和擾動補償，計算該子采樣時刻的控制電壓。

8、于本發(fā)明一實施例中，針對每一個子采樣時刻，根據(jù)采樣時刻的控制輸入調(diào)整所述混合儲能系統(tǒng)中升壓變換器的占空比，并基于調(diào)整后的占空比分配所述燃料電池和所述電儲能設(shè)備在對應(yīng)采樣時刻的能量，包括：基于比例積分算法，根據(jù)該子采樣時刻的控制電壓得到所述升壓變換器的占空比；基于占空比調(diào)控所述燃料電池在該子采樣時刻的輸出電流；基于調(diào)控后的輸出電流調(diào)整所述燃料電池和所述電儲能設(shè)備在對應(yīng)子采樣時刻的能量分配。

9、于本發(fā)明一實施例中，還提供一種基于自抗擾控制的混合儲能系統(tǒng)能量管理裝置，應(yīng)用于混合儲能系統(tǒng)，所述能量管理裝置包括：數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取所述燃料電池在當前采樣時刻的輸出電流，以及所述燃料電池在當前采樣時刻和下一采樣時刻的電流變化量；軌跡生成模塊，用于基于所述輸出電流和電流變化量，生成當前采樣時刻至下一采樣時刻之間的電流預(yù)測軌跡和電流微分軌跡；狀態(tài)估計模塊，用于將當前采樣時刻至下一采樣時刻之間劃分為多個子采樣時刻，并對所述輸出電流進行擴展狀態(tài)觀測，生成各個子采樣時刻的第一狀態(tài)估計、第二狀態(tài)估計和第三狀態(tài)估計；反饋模塊，用于按照各個子采樣時刻，根據(jù)所述電流預(yù)測軌跡和對應(yīng)的第一狀態(tài)估計、所述電流微分軌跡和對應(yīng)的第二狀態(tài)估計，計算電流預(yù)測誤差和微分誤差；擾動補償模塊，用于按照各個子采樣時刻，依據(jù)對應(yīng)的電流預(yù)測誤差、微分誤差和第三狀態(tài)估計，計算控制電壓；能量管理模塊，用于按照各個子采樣時刻，根據(jù)各個子采樣時刻的控制電壓調(diào)整所述混合儲能系統(tǒng)中升壓變換器的占空比，并基于調(diào)整后的占空比分配所述燃料電池和所述電儲能設(shè)備在對應(yīng)子采樣時刻的能量。

10、于本發(fā)明一實施例中，還提供一種電子設(shè)備，一個或多個處理器；存儲裝置，用于存儲一個或多個程序，當所述一個或多個程序被所述一個或多個處理器執(zhí)行時，使得所述電子設(shè)備實現(xiàn)上述任一項所述基于自抗擾控制的混合儲能系統(tǒng)能量管理策略。

11、于本發(fā)明一實施例中，還提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，當所述計算機程序被計算機的處理器執(zhí)行時，使計算機執(zhí)行上述任一項所述的基于自抗擾控制的混合儲能系統(tǒng)能量管理策略。

12、如上所述，本發(fā)明提出的一種基于自抗擾控制的混合儲能系統(tǒng)能量管理策略和相關(guān)裝置，具有以下有益效果：通過獲取燃料電池在當前采樣時刻的輸出電流及電流變化量，生成從當前采樣時刻到下一采樣時刻的電流預(yù)測軌跡和微分軌跡，并將該區(qū)間劃分為多個子采樣時刻，利用擴展狀態(tài)觀測對每個子采樣時刻的輸出電流進行實時估計，生成第一狀態(tài)估計、第二狀態(tài)估計和第三狀態(tài)估計。根據(jù)第一狀態(tài)估計和第二狀態(tài)估計計算每個子采樣時刻的電流預(yù)測誤差和微分誤差，并結(jié)合第三狀態(tài)估計動態(tài)生成控制電壓，以實時調(diào)整升壓變換器的占空比。通過調(diào)整占空比，不僅能夠精確控制燃料電池在每一個高頻子采樣時刻的輸出電流，還可以更加精準地分配燃料電池和電儲能設(shè)備之間的能量。本發(fā)明能夠快速響應(yīng)復(fù)雜工況下的高頻動態(tài)需求，有效改善了現(xiàn)有技術(shù)由于pi控制器存在超調(diào)的情況，導(dǎo)致其控制性能較差問題。