邱健蓄电池仿真成果与结论

仿真成果与评论

使用MATLAB®来完结验证所提出的EMS体系的任务。表2展现了仿真中的主要变量和操控。在不同的负载和辐照度场景中，评价了推荐的电力体系的功用，以供给所希望的EMS有效性的证据。

所提出MG的仿真参数

项目	值
	100℉
	100e –5 法拉
	600安时
L1和L2	2毫亨
	2毫亨

2.1 情景I：辐照度步长改变下的功能

本末节经过在模拟过程中坚持直流母线负载安稳而改变太阳辐照度来验证体系的功能。这样做是为了确保体系按预期运行。

主张的辐照度曲线如图6所示。图7展现了相应的功率曲线。能够看出，如果所需功率大于光伏体系能供给的功率，燃料电池将为直流母线供给恰当的功率，一起约束其动态呼应。尽管超级电容在短时刻内供给了几乎一切的瞬态功率，但随着电池的持续耗费，其存储充足能量和监测超级电容状态的才能逐渐降低。此外，当辐照度值在1秒内上升时，输出功率将从550瓦添加到2500瓦，燃料电池供给的功率将减少到零，光伏体系将负责为需求负载供电。在这个准确的时刻，超级电容和电池将从直流母线上吸收剩余的能量。

Fig. 6:

拟议的辐照度分布。

Fig. 7:

光伏体系、燃料电池、电池和超级电容器的输出功率。

 直流母线电压在图8中显现，仿真时刻为5秒。如图所示，所提出的能量办理体系有效地跟踪并安稳了参阅电压值，即380伏。因而，经过鲁棒性操控，电力体系的功能得到了进步。此外，所提出的能量办理体系能够将母线电压的最大过电压降低到<0.1%，一起增强其动摇含量（ΔV=0.4V）。因而，坚持母线电压在其参阅范围内，能够使得所提出的电力体系在坚持高功率质量的一起正常运行。

Fig. 8:

不同太阳辐射条件下的直流母线电压。

此外，储能电容和电池的SOC分别如图9和图10所示。这里展现的图表解释了SC和电池在整个充电和放电过程中的行为。

Fig. 9:

超级电容器在辐射度阶梯改变时的SOC。

Fig. 10:

电池在辐射度阶梯改变时的SOC。

2.2 场景二：需求负荷改变步长时的功能

仿真过程中直流母线上的需求负载展现了特定的改变，如图11所示。这样做是为了演示所供给的源组件的行为以及所主张的能源办理体系（EMS）的功能。很明显，负载、光伏（PV）、燃料电池（FC）、超级电容（SC）和电池的功率曲线都随着所需功率的改变而改变。如图12所示，直流母线电压依据其参阅值进行调理，振荡最小，最大过冲率较低。图13和图14分别显现了储能电容器和电池的需求负载阶跃改变时的状态。基于这些成果，能够清楚地看出所提出的能源办理体系具有良好的功率质量、更好的安稳性和更高的功率。以下观察成果概述了理解体系行为的关键点：

Fig. 11:

光伏体系、负载、储能操控器、燃料电池和电池在需求负荷产生阶跃改变时的功率曲线。

Fig. 12:

不同负载条件下的直流母线电压。

Fig. 13:

超级电容器的需求负载阶梯改变下的SOC。

Fig. 14:

电池在需求负载逐渐改变情况下的续航才能。

• (i) 在时刻间隔 t = 0-1 s 内，光伏体系的输出功率大于所需功率；因而，它将供给所需的负载。

• (ii) 在时刻 t = 1 s 时，负载功率从 1350 W 添加到 2300 W。此刻，几乎一切的瞬态相位负载都由超级电容供电。此外，燃料电池的发电量将添加，以掩盖负载需求的添加，并且动态是有限的。电池将供给能量来给超级电容充电，并依据其需求功率调理超级电容的电压。

• (iii) 在时刻 t = 4 s 时，负载功率下降到 1850 W，燃料电池功率在有限的动态功率下改变到 300 W。一起，母线上的剩余功率将被超级电容吸收，电池此刻跟踪超级电容的功率需求。

图15显现了一起改变光伏和负载时的成果。依据所需的需求负载，标出了SC、PV、FC和电池的功率曲线。首要，需求负载相对较小（1800瓦），由于辐射的减少，光伏输出小于负载。因而，FC将供给所需的负载。电池将在SC供电瞬态负载的一起进行充电。之后，在t = 1秒时，当直流负载添加时，光伏和FC源依据需求负载的添加值向负载供给所需功率。此刻，SC将向总线供给所需能量以安稳直流总线电压。在t = 2秒时，辐射的添加将导致光伏体系的输出添加，然后更多的功率将供应到直流总线。此刻，SC从总线上吸收剩余的能量。此外，为了说明这项工作的立异性，表3展现了所提出的平整度操控和惯例PI操控办法之间的功能比较。

传统PI操控与所提出平整度办法之间的比较

加载功率（瓦）	惯例PI		提出的平整度办法
	Vbus电压动摇(伏特)	时刻呼应（毫秒）	Vbus电压动摇(伏特)	时刻呼应（毫秒）

Fig. 15:

光伏体系、负载、SC、FC和电池的功率曲线，随着一起改变的PV和负载需求而改变。

3 定论

  在这项研讨中，提出了一种高效EMS，用于由光伏体系、燃料电池、超级电容器和锂离子电池供电的直流微电网。主要意图是为可再生能源或储能体系供给恰当的功率参阅，以使用非线性平整度操控战略供给安稳的直流母线电压。此外，经过使用平整度理论对所提出的体系进行了理论剖析，并针对SC、FC和电池完成了有限功率动态的最佳功率参阅。此外，光伏体系经过基于PSO的MPPT进行操控，以在不同的操作条件下完成其最大功率。所提出的微电网的功能经过负载和辐射水平阶跃改变进行了测验。仿真成果表明，所提出的EMS供给了安稳的母线电压，最小化了超调（0.1%），并进步了纹波含量（ΔV=0.4V）。最终，经过供给更高的功率质量和功率，进步了直流微电网的功能。

因而，主张未来研讨的主题包括：（i）采用滑润操控办法的在线优化算法的研讨；（ii）包括不同可再生能源的混合直流/交流微网体系的规划和操控。