邱健蓄电池一种高效能源管理策略，用于由光伏/燃料电池/电池/超级电容器供电的直流微电网

由于其低复杂性、小尺寸和组件数量少等长处，直流微电网（MG）由几个可再生动力源组成，如光伏（PV）体系、风能涡轮机和燃料电池（FCs），或能量存储设备，在最近的几十年中得到了最广泛的运用[1-3]。这个微电网需要一个动力办理体系（EMS）来办理源和负载之间的必要电力，削减功率振动问题，并在限制条件下安稳负载电压[4-6]。EMS体系操控提供了几个优势，能够操控和优化大型修建物中最常见的源和负载的能量运用，如工业、学校、大学、电动汽车（EV）充电站等[7,8]。因此，EMS代表了一个自动化计划，从电源收集能量测量数据，经过监控图形使其对用户可用，然后允许可再生动力办理[9,10]。但是，近年来，已经进行了不同的研讨，以找到不同运用中的最佳EMS，如电动汽车充电站或商业修建[11,12]。此外，混合动力电动汽车在最近几年引起了制造商、研讨人员和其他利益相关者的极大关注和兴趣，自从它们大规模进入汽车行业以来[13]。该技能有一个比传统更复杂的传动系。

Fig. 1:

直流微电网体系中的 EMS 操控战略。

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Kumar等人[25]规划了一个微网，使其以两种形式运行：孤岛形式和与网络运用的通信形式。该模型被用于电力体系中的微网开发，其间光伏体系运用不同的最大功率点盯梢操控器进行了测验。电压源逆变器（VSC）单元在MATLAB®中规划和模拟，以测验其在不同气候条件下的功能。[26]的作者提出了一种带特定负载和分布式发电机的孤立的沟通（AC）/直流微网，以及能量存储单元和光伏体系作为可再生动力源。为了解决孤岛形式下沟通微网中的频率和电压不安稳问题，他们运用了蚱蜢优化算法来开发操控参数。他们还运用了带有下垂操控器的电压和电流操控来操控频率和电压。

[27]的作者们提出了一种混合微网体系，该体系在偏僻地区运用太阳能光伏体系和质子交换膜燃料电池（PEMFCs）运行。研讨发现，在小电网电站中运用环保型储能单元是最好的替代计划，由于目前运用的锂离子电池的运用寿命只有5-7年。此外，当运用寿命结束时，假如处置不当，会对环境形成损害。研讨发现，假如运用直流负载，如电动汽车和充电器，微网体系的功率会更高，生产力也会更好。[28]的作者们提出了一种ESS，配备了一个燃料电池装置，以坚持偏僻地区负荷的供需平衡。该框架运用了MATLAB®和Simulink®东西进行了建模和仿真。这项研讨为偏僻地区的社区修建提出了一个光伏阵列和燃料电池体系的储能计划，以满意其负荷需求。还提出了一种EMS体系，用于操控直流母线电压，并演示了各源之间的最佳功率分配。

Gao等人[29]提出在微网体系中运用实时数字Simulink®，这有助于每个电源在离网或并网情况下作业在恰当的时刻。运用该东西的目的是为了安排和调节每个电源的作业时刻。一个微网网络运用了几个可再生动力，如光伏、风力涡轮机发电、燃料电池和超级电容器。[30]中的作者提出了一个由电池、燃料电池和光伏体系组成的混合电力体系来为电动汽车充电。所提出的作业经过MATLAB®/Simulink®程序进行了建模和仿真，其间体系的功率满意了要求，并经过将仿真成果与试验成果进行匹配证明了这一点。研讨发现，运用EMS设备能够进步动力功率。

在[31]中，提出了一种由PV/FC/电池组成的微网体系，该体系具有一个储能单元。除了能量办理体系，还运用了模型猜测操控来与电网同享最优的有功功率。这种办法削减了电池耗费，但有一个缺点，便是依赖于猜测成果的准确性。它也是一个不安稳和可变的组成部分。依据蜜蜂群改善的进程解决了操控问题，该办法在考虑体系的时刻和运用技能限制的一起，解决了将日常动力发送到机器的经济问题。[32]的作者提出了一种依据60伏低压直流母线的直流微网，以进步不同气候条件下的负载条件。用于给电池充电的操控计划是一个份额积分（PI）操控器，而且电池的需求功率被规划为匹配超级电容器的电压。因此，在此刻指出了一些问题：超级电容器的电压或直流母线电压的扰动。另一点是，这项作业应该用于低压运用，而不是用于直流母线作业在~380伏的沟通微网。

Thounthong等人[33]提出了一种带有锂离子电池的PV/FC电力体系作为ESS，以安稳DC MG运用中的直流母线电压。在这项研讨中，运用最大功率点盯梢（MPPT）技能来最大化PV和FC源的输出功率，以证明在不同的气候条件下，如辐射和温度值，直流母线负载的最佳功率参考。此外，还运用线性PI操控器和非线性平整度操控器操控电池的状况充电（SOC），以坚持直流母线电压在其参考值。最终，运用数字信号处理操控器对小规模电力体系进行了试验调查，以展现所提出的操控计划的功能。

[34]的作者们提出了一种混合直流/沟通微网体系。该作业的目标是运用依据最大功率点盯梢技能的灰狼优化办法来进步和增加微网的电能质量。此外，经过仿真测验了研讨功能，以提供给公用配电网络最活跃的电力，包含光伏体系和PEMFC，它们被用作可再生动力源。在[35]中，提出了一种自主微网体系，该体系集成了三种可能的可再生动力源，即小型风力涡轮机、光伏体系和潮流能，为偏僻社区供电。它首先经过与居民洽谈估计该地区的电力需求。HOMER渠道依据需求计算生成了一个成本效益型微网。微网的组件包含一个6.4千瓦的小型风力涡轮机、4.4千瓦的太阳能光伏板、一个5千瓦的水力发电涡轮机、电池存储和一个转换器。

[36]的作者们完成了一个并网光伏/电池/电动汽车微电网混合模型的实际安装和功能评估，该模型用于最大化光伏自耗费。在2018年8月，整个微电网由两个子体系组成（多晶硅光伏集群2.16千瓦；单晶硅光伏计划2.4千瓦；以及一个锂离子电池容量为6.1千瓦时的电动汽车），在法国穆朗的大学理工学院被放置在户外。[37]的作者们提出了一种依据可再生动力的混合体系，用于由电力办理体系（PMS）办理的偏僻地址的电气化。这项作业的目标是削减化石燃料的运用，进步可再生动力的功率，以削减温室气体排放。这项作业提出了一种依据模糊逻辑操控器（FLC）的PMS，用于调节与直流母线耦合的光伏/柴油混合体系中的电池储能元件。所建议的PMS完全依据FLC，以提供体系各种形式之间的平滑过渡。所提出的PMS的有效性受到FLC参数在处理体系之前设置的有效性的影响。

[38]的作者们提出了一种新的操控器，用于下垂操控的微网，该操控器能够调整频率和电压，并独立提供功率不匹配。建议的技能被称为广义PI有限时刻操控器（GPI-FTC）。所建议的技能是经过改善传统的PI操控器来完成的，即在积分动态中添加一个一致项，并运用操控Lyapunov函数办法。在[39]中，研讨人员提出了一种D分区办法，为微网的分布式发电提供负荷频率操控。经过结合可再生动力和非可再生化石燃料，创建了能够满意较小容量电力分配需求的微网。此外，还施行了PI操控器来操控光伏体系等可再生动力源，以削减频率误差，然后有效地调节微网的有功发电。此外，还将D分区派生的PI操控器设置与传统的Ziegler-Nichols办法进行了比较。[40]的作者们提出了一种依据操控办法的优化，以进步依据逆变器的微网功能。PI操控器被用来操控逆变器，运用矢量级联操控。首要目的是运用优化办法来挑选PI操控器的值。本研讨选用响应面办法导出多目标函数。关于微网操控，电池能量存储已经广泛地运用PI操控办法进行操控，运用PI调节器。

本文提出了一种依据平整非线性操控理论的有效的能量办理体系，并将其运用于PV/FC/电池/超级电容直流微网体系。这项研讨的首要创新之处在于所选用的办法，即依据平整理论的非线性操控计划来操控和办理直流微网，以研讨需求负荷和光伏功率变化的影响；与传统的PI操控比较，这种研讨具有鲁棒性。此外，这项研讨的首要奉献能够总结如下：

• (i) 经过非线性操控办法改善负载与可再生动力源或储能体系之间的功率分配。鉴于这些原因，在这项作业中，已经增强了具有非线性输出特性的直流微网的全体组件，例如光伏体系和燃料电池。

• (ii) 运用平整度操控作为高效EMS办法，以高功率安稳负载的直流母线电压，而不是传统的线性PI操控器。

本研讨组织如下。第1节报告了所提出的平面度EMS。第2节介绍了仿真成果和讨论，而定论在第3节中提出。