本發(fā)明涉及一種電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種多直流能量源情況下的非均流控制裝置及方法。

背景技術(shù)：

儲能系統(tǒng)是新能源利用的重要組成部分。如在風(fēng)能和太陽能發(fā)電中，由于風(fēng)能和太陽能都具有間歇性、波動性和不可控制性，為保證供電的連續(xù)性和平衡性，則必須引入儲能系統(tǒng)，以達(dá)到平衡調(diào)節(jié)、削峰填谷以及減小電網(wǎng)沖擊等目的，而在新能源汽車中，尤其是純電動汽車，則必須依賴儲能系統(tǒng)才能實現(xiàn)運行。

儲能系統(tǒng)具有兩個典型指標(biāo)，一是能量密度，表征能量儲存能力；二是功率密度，表征功率輸出能力。在常規(guī)儲能系統(tǒng)中，電池屬于具有較大能量密度，但在功率密度方面相對較差的儲能器件，如果要求其實現(xiàn)大波動范圍的功率輸出，將嚴(yán)重影響到電池的使用壽命和可靠性。而超級電容則屬于具有較大功率密度，但儲存能量較少，無法實現(xiàn)長時間能量輸出的儲能器件。如果將不同特征的能量源混合利用，即將多種能量源通過變換器進(jìn)行并聯(lián)輸出，則可實現(xiàn)性能方面的互補，既可滿足能量存儲方面的需求，也可提高功率輸出的動態(tài)響應(yīng)能力，如將鋰電池和超級電容都應(yīng)用于純電汽車中，一方面利用鋰電池的儲能能力，提高續(xù)航里程，一方面利用超級電容的瞬間功率輸出、輸入能力，滿足電動汽車加減速性能，而且可避免鋰電池的功率輸出出現(xiàn)劇烈的波動，提高電池使用壽命和可靠性。

雖然這種多能量源并聯(lián)系統(tǒng)具有上述優(yōu)點，但是在實際應(yīng)用中，目前技術(shù)是多能量源之間并聯(lián)均流輸出，無法對電流/功率進(jìn)行分配，無法實現(xiàn)能量流動方向有效控制，若要發(fā)揮多能量源互補應(yīng)用，則必須針對不同特性的能量源，進(jìn)行對電流和功率輸出的分配。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種不同能量源并聯(lián)輸出系統(tǒng)的電流和功率自適應(yīng)分配的非均流并聯(lián)直流變換控制裝置及方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種非均流并聯(lián)直流變換控制裝置，包括母線和至少兩個直流能量源，還包括直流能量源相同數(shù)量的雙向直流變換器和控制系統(tǒng)，該雙向直流變換器與母線連接，一個直流能量源對應(yīng)一個雙向直流變換器和一個控制系統(tǒng)，各直流能量源與相應(yīng)的雙向直流變換器串聯(lián)連接后與母線并聯(lián)連接；

控制系統(tǒng)通過PWM調(diào)節(jié)模塊與雙向直流變換器連接，該控制系統(tǒng)包括通過線路依次串聯(lián)連接的電壓調(diào)節(jié)器、低通濾波器和電流調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器通過PWM模塊與雙向直流變換器連接。

所述直流能量源為直流儲能單元，包括電池類能量源、超級電容或飛輪，電池類能量源包括鋰電池組、蓄電池組、燃料電池或太陽能電池板。

一種非均流并聯(lián)直流變換控制裝置的控制方法，包含至少一個電池類能量源和一個超級電容，所述方法包括以下步驟：

步驟1，電壓調(diào)節(jié)器的輸出為電流調(diào)節(jié)器的電流給定，設(shè)置低通濾波器最低頻率對應(yīng)的最小濾波器系數(shù)α_l，低通濾波器最高頻率對應(yīng)的最大濾波器系數(shù)α_h；

步驟2，對電流調(diào)節(jié)器的電流情況進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)公式i_err＝i_ref-i_fed進(jìn)行計算，其中，i_ref為電流調(diào)節(jié)器的電流給定，i_fed為電流調(diào)節(jié)器的電流反饋，i_err為電流調(diào)節(jié)器的電流給定和電流反饋之間的偏差；

步驟3，對i_err的值進(jìn)行判斷，若i_err超過預(yù)設(shè)閾值，則判定相應(yīng)的能量源的儲備不足，增加當(dāng)前濾波器系數(shù)；若i_err低于預(yù)設(shè)閾值，則判定相應(yīng)的能量源的儲備充足，保持當(dāng)前濾波器系數(shù)不變，從而對低通濾波器的系數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。

所述步驟3還包括：

當(dāng)i_err低于預(yù)設(shè)閾值，能量源的儲備充足時，保持電池類能量源的電流和功率輸出的變化率不變，降低低通濾波器截止頻率；當(dāng)i_err起過預(yù)設(shè)閾值，能量源的儲備不足時，則保持母線電壓穩(wěn)定，提高電池類能量源的輸出，提高濾波器的截止頻率。

所述方法還包括步驟：

步驟4，進(jìn)一步判斷動態(tài)性能，計算電流調(diào)節(jié)器的電流給定變化率和電壓調(diào)節(jié)器輸出變換之差i_deta，根據(jù)公式i_deta＝(i_ref(k)-i_ref(k-1))-(v_out(k)-v_out(k-1))進(jìn)行計算，其中，i_ref(k)為當(dāng)前k時刻電流給定，i_ref(k-1)為(k-1)時刻電流給定，v_out(k)為當(dāng)前k時刻電壓調(diào)節(jié)器輸出，v_out(k-1)為當(dāng)前(k-1)時刻電壓調(diào)節(jié)器輸出；

若當(dāng)前時刻的i_deta小于上一時刻的i_deta，則提高低通濾波器截止頻率；

其中低通濾波器采用以下公式計算電流調(diào)節(jié)器當(dāng)前時刻的電流給定，i_ref(k)＝α₀v_out(k)+α₁i_ref(k-1)+...+α_ni_ref(k-n)α_n，α₀α₁…α_n為濾波器系數(shù)，i_ref(k-n)為(k-n)時刻電流給定。

本發(fā)明通過在電壓調(diào)節(jié)器的輸出端加入低通濾波器，實現(xiàn)電流給定的差異化，根據(jù)能量源不同，采用不同的濾波器權(quán)重系數(shù)，從而達(dá)到不同能量源之間的電流輸出和功率輸出。同時，該低通濾波器為自適應(yīng)濾波器，可根據(jù)能量源實時能量狀態(tài)和輸出特征進(jìn)行在線濾波器系數(shù)調(diào)整，從而達(dá)到不同能量源之間的性能互補，以提高能量利用效率，延長使用壽命，增強動態(tài)性能。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明裝置的連接示意圖；

附圖2為本發(fā)明方法的原理流程示意圖；

附圖3為要發(fā)明中低通濾波器不同系數(shù)采用不同PI系數(shù)的電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)的示意圖；

附圖4為未采用本發(fā)明方法試驗結(jié)果示意圖；

附圖5為采用本發(fā)明方法后試驗結(jié)果示意圖。

具體實施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

如附圖1所示，本發(fā)明揭示了一種非均流并聯(lián)直流變換控制裝置，包括母線和至少兩個直流能量源，還包括直流能量源相同數(shù)量的雙向直流變換器和控制系統(tǒng)，該雙向直流變換器與母線連接，一個直流能量源對應(yīng)一個雙向直流變換器和一個控制系統(tǒng)，各直流能量源與相應(yīng)的雙向直流變換器串聯(lián)連接后與母線并聯(lián)連接；控制系統(tǒng)通過PWM調(diào)節(jié)模塊與雙向直流變換器連接，該控制系統(tǒng)包括通過線路依次串聯(lián)連接的電壓調(diào)節(jié)器、低通濾波器和電流調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器通過PWM模塊與雙向直流變換器連接。電壓調(diào)節(jié)器構(gòu)成電壓環(huán)，電流調(diào)節(jié)器構(gòu)成電流環(huán)，電壓環(huán)輸出為電流給定，經(jīng)自適應(yīng)的低通濾波器后輸出給電流環(huán)，做為電流環(huán)的電流給定。

所述直流能量源為直流儲能單元，包括電池類能量源、超級電容和飛輪，電池類能量源包括鋰電池組、蓄電池組、燃料電池或太陽能電池板。直流能源量還可以包括其他形式或者種類的能量源。

此外，如附圖2所示，本方法還揭示了一種非均流并聯(lián)直流變換控制裝置的控制方法，包含電池類能量源和超級電容，所述方法包括以下步驟：

步驟1，電壓調(diào)節(jié)器的輸出為電流調(diào)節(jié)器的電流給定，設(shè)置低通濾波器最低頻率對應(yīng)的最小濾波器系數(shù)α_l，低通濾波器最高頻率對應(yīng)的最大濾波器系數(shù)α_h，該最小濾波器系數(shù)和最大濾波器系數(shù)作為自適應(yīng)低通濾波器權(quán)重系數(shù)調(diào)整的邊界條件。

步驟2，對電流調(diào)節(jié)器的電流情況進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)公式i_err＝i_ref-i_fed進(jìn)行計算，其中，i_ref為電流調(diào)節(jié)器的電流給定，i_fed為電流調(diào)節(jié)器的電流反饋，i_err為電流調(diào)節(jié)器的電流給定和電流反饋之間的偏差；

步驟3，對i_err的值進(jìn)行判斷，若i_err超過預(yù)設(shè)閾值，則判定相應(yīng)的能量源的儲備不足，增加當(dāng)前濾波器系數(shù)；若i_err低于預(yù)設(shè)閾值，則判定相應(yīng)的能量源的儲備充足，保持當(dāng)前濾波器系數(shù)不變，從而對低通濾波器的系數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。根據(jù)該i_err即可判定直流能量源的能量儲備是否充足。

當(dāng)i_err低于預(yù)設(shè)閾值，能量源的儲備充足時，保持電池類能量源的電流和功率輸出的變化率不變，提高其使用壽命和可靠性，降低低通濾波器截止頻率；當(dāng)i_err起過預(yù)設(shè)閾值，能量源的儲備不足時，則以保持母線電壓穩(wěn)定為目的，提高電池類能量源輸出的特性，提高濾波器的截止頻率。

通過實線在線對低通濾波器系數(shù)的調(diào)整，得到不同帶寬低通濾波器，實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)器輸出變換，即電流給定的在線再分配，實現(xiàn)不同能量源的非均流輸出，以滿足不同能量源的需求。如電池類能量源需要較大濾波，避免電流和功率輸出的大范圍變化，以提高電池使用壽命和可靠性，則提高低通濾波器截止頻率；而超級電容則可以采用較小濾波或者不用濾波，可以降低低通濾波器截止頻率，以滿足電流和功率輸出的動態(tài)需求。

所述方法還包括步驟：

步驟4，進(jìn)一步判斷動態(tài)性能，計算電流調(diào)節(jié)器的電流給定變化率和電壓調(diào)節(jié)器輸出變換之差i_deta，根據(jù)公式i_deta＝(i_ref(k)-i_ref(k-1))-(v_out(k)-v_out(k-1))進(jìn)行計算，其中，i_ref(k)為當(dāng)前k時刻電流給定，i_ref(k-1)為(k-1)時刻電流給定，v_out(k)為當(dāng)前k時刻電壓調(diào)節(jié)器輸出，v_out(k-1)為當(dāng)前(k-1)時刻電壓調(diào)節(jié)器輸出；

若當(dāng)前時刻的i_deta小于上一時刻的i_deta，則提高低通濾波器截止頻率；

其中低通濾波器采用以下公式計算電流調(diào)節(jié)器當(dāng)前時刻的電流給定，i_ref(k)＝α₀v_out(k)+α₁i_ref(k-1)+...+α_ni_ref(k-n)α_n，α₀α₁…α_n為濾波器系數(shù)，i_ref(k-n)為(k-n)時刻電流給定。

另外，如附圖3所示，低通濾波器的不同權(quán)重系數(shù)可分別采用不同PI系數(shù)的電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，或者對稱權(quán)重系數(shù)采用相同的電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，如低通濾波器系數(shù)α₀和α_n為對稱權(quán)重系數(shù)，可采用一個調(diào)節(jié)器，其輸出為Δα₀，若α₀調(diào)整為α₀+Δα₀，則α_n調(diào)整為α_n-Δα₀。

采用本發(fā)明方法后的實驗結(jié)果對比如圖4和5所示，該試驗中采用了鋰電池和超級電容兩種能量源.圖4為采用電壓環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)控制方法進(jìn)行并聯(lián)獲得實驗波形，其存在兩方面的問題，一是電流幾乎是均分，使得鋰電池出現(xiàn)了較大的電流波動，二是電容電流消耗較大，使得其儲存能量無法滿足系統(tǒng)要求，在后半階段無法發(fā)揮超級電容的作用。圖5為采用本發(fā)明方法后的實驗波形，鋰電池電流波動明顯減小，而且充當(dāng)主要的能量源，超級電容主要是滿足動態(tài)性能需求，這與鋰電池和超級電容組合的目的是相吻合的。

為便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。