1.一种蓄电池与超级电容混合储能系统充放电过程切换控制方法,其特征在于:所述切换控制方法包括如下步骤:
步骤一、根据蓄电池和超级电容充放电过程能量守恒定理,建立蓄电池和超级电容混合储能系统充放电过程动态切换模型,以储能系统中储能器件的剩余荷电量的变化表示充放电过程,应用能量守恒定理,建立混合储能系统中储能器件的充放电过程的动态数学模型,见式(1)、(2)、(3)和(4)
其中,式(1)表示超级电容的充电过程动态模型,式(2)表示蓄电池的充电过程动态模型,式(3)表示超级电容的放电过程动态模型,式(4)表示蓄电池的放电过程动态模型,t表示充放电的时间,单位min,Q1表示超级电容的剩余荷电量,单位MW,P1表示超级电容的充放电功率,单位MW/min,σc1表示超级电容的充电过程的自放电率,单位%/min,ηc1表示超级电容的充电效率,单位%,σd1表示超级电容的放电过程的自放电率,单位%/min,ηd1表示超级电容的放电效率,单位%,Q2表示蓄电池的剩余荷电量,单位MW,P2表示蓄电池的充放电功率,单位MW/min,σc2表示蓄电池的充电过程的自放电率,单位%/min,ηc2表示蓄电池的充电效率,单位%,σd2表示蓄电池的放电过程的自放电率,单位%/min,ηd2表示蓄电池的放电效率,单位%;
步骤二、考虑实际蓄电池和超级电容的充放电的情况,对混合储能系统充放电过程动态模型进行变换设计,定义变量x1=Q1、x2=Q2、u1=P1和u2=P2,定义向量 和根据公式(1)、(2)、(3)和(4),分别定义蓄电池和超级电容混合的充放电过程的动态数学模型,见式(5)和(6)
其中,式(5)表示蓄电池和超级电容混合储能系统充电过程动态模型,式(6)表示蓄电池和超级电容混合储能系统放电过程动态模型,t表示充放电的时间,单位min,x表示储能系统中储能器件的荷电量(MW),u表示充放电功率,单位MW/min;
步骤三、考虑超级电容充放电变换模型式(5)和(6),定义矩阵求解不等式方程组,见式(7)
其中P是未知变量,利用一元二次不等式方程组求解式(7)的未知变量P,得到式(7)的解,见式(8)
再构造充电过程输入函数uc(t),见式(9)
和放电过程输入函数ud(t),见式(10)
其中,θ1、θ2、θ3和θ4是参数。
2.如权利要求1所述的蓄电池与超级电容混合储能系统充放电过程切换控制方法,其特征在于:所述切换控制方法还包括如下步骤:
步骤四、在蓄电池和超级电容混合储能系统充放电过程切换控制计算机上运行实施,过程如下:
4.1参数设置:包括模型参数和充放电过程目标参数;在模型导入界面中,分别输入超级电容充电和放电过程自放电率σc1和σd1,蓄电池充电和放电过程自放电率σc2和σd2,超级电容充电效率ηc1,超级电容放电效率ηd1,蓄电池充电效率ηc2,蓄电池放电效率ηd2,在控制参数设置界面中,输入蓄电池的初始荷电量和超级电容的初始荷电量;输入参数确认后,由控制计算机将设置数据送入计算机存储单元RAM中保存;
4.2离线调试:混合储能充放电控制系统进入控制器调试阶段,调整组态界面中的控制器参数θ1、θ2、θ3和θ4,观测混合储能系统的荷电量和功率输入的控制效果,由此确定一组能良好控制混合储能系统充放电过程的控制器参数值,参数θ1、θ2、θ3和θ4的取值规则:θ1、θ2、θ3和θ4为正实数,即θ1>0、θ2>0、θ3>0和θ4>0,参数θ1、θ2、θ3和θ4的调整规则:增大θ1和θ2的值将缩短充电过程的过渡时间,但增大充电过程的电容荷电量变化和功率值,增加对充电过程扰动的敏感性,增大θ3和θ4的值将缩短放电过程的过渡时间,但增大放电过程的电容荷电量变化和功率值,增加对放电过程扰动的敏感性;相反,减小θ1和θ2的值将延长充电过程的过渡时间,但减小充电过程的电容荷电量变化和功率值,降低对充电过程扰动的敏感性,减小θ3和θ4的值将延长放电过程的过渡时间,但减小放电过程的电容荷电量变化和功率值,降低对放电过程扰动的敏感性;实际调试控制器参数θ1、θ2、θ3和θ4时,应在充放电过程的过渡时间、电容荷电量变化和功率值容许的范围内综合权衡;
4.3在线运行:启动混合储能系统充放电过程切换控制计算机的CPU读取混合储能系统充放电过程模型参数和最佳控制器参数,通过在线测量混合储能系统中超级电容和蓄电池的实际荷电量,控制混合储能系统的充电和放电过程的充入功率和放出功率,实现混合储能系统充放电过程的有效控制。