一种基于模糊控制的混合储能系统能量管理策略研究

一种基于模糊控制的混合储能系统能量管理策略研究一种基于模糊控制的混合储能系统能量管理策略研究

摘要：

目前，随着电动汽车、可再生能源等新能源的快速发展，能源存储解决方案也得到了快速发展。此外，市场对能效日益重视，混合储能系统已成为趋势。然而，混合储能系统的能量管理需要考虑多种因素，如电池的性能、储能装置的互补性和可再生能源的可预测性等。因此，本文提出了一种基于模糊控制的混合储能系统能量管理策略。该策略采用模糊控制方法，基于混合储能系统的实时运行状态，动态调整电池组和超级电容组的充放电功率，实现混合储能系统的最佳能量管理。仿真结果表明，该策略有效地提高了混合储能系统的能效和稳定性，为混合储能系统的实际应用提供了一种行之有效的能量管理策略。

关键词：混合储能系统；能量管理；模糊控制；电池组；超级电容组

1.引言

近年来，随着科技的不断发展和环保意识的提高，新能源和节能技术受到了越来越广泛的关注。电动汽车、太阳能光伏发电、风力发电等可再生能源成为了新能源的代表。

而混合储能系统作为一种新型的能量存储解决方案，已逐渐成为一个研究热点。混合储能系统由电池组、超级电容组、储氢装置等储能装置组成，能够利用各种储能装置间的互补性，最大程度地提高能量存储效率。

能量管理是混合储能系统的关键问题。混合储能系统的储能装置响应时间不同，电池组容量与超级电容组容量不一致，因此混合储能系统的能量管理需要考虑多种因素，如电池的性能、储能装置的互补性和可再生能源的可预测性等。为了实现混合储能系统的最佳能量管理，需要采用高效的能量管理策略。

目前，常用的混合储能系统能量管理策略有很多种，如遗传算法、粒子群优化等方法。然而，这些方法需要大量的计算资源，运算时间长，不适用于实时能量管理。

本文提出了一种基于模糊控制的混合储能系统能量管理策略。该策略采用模糊控制方法，根据混合储能系统的实时运行状态，动态调整电池组和超级电容组的充放电功率，实现混合储能系统的最佳能量管理。本文的主要研究内容和结构如下。

2.混合储能系统的能量管理

混合储能系统的能量管理需要考虑多种因素，如电池的性能、储能装置的互补性和可再生能源的可预测性等。因此，一个好的能量管理策略需要满足以下几个因素。

（1）最大化能量的利用

在混合储能系统中，各种储能装置具有不同的特点，如电池组容量大、能量密度高、响应速度较慢，超级电容组容量小、能量密度低、响应速度较快。因此，最佳能量管理需要充分利用各种储能装置的特点，保证能量的高效利用。

（2）增加混合储能系统的稳定性

混合储能系统中各种储能装置之间的互补性可以提高储能系统的稳定性。当某种储能装置出现故障或不足时，其他储能装置可以补充其能量，保证系统的正常运行。因此，能量管理策略需要考虑各种储能装置之间的互补性，最大程度地提高系统的稳定性。

（3）适应不同的工况

混合储能系统应用于不同的领域，其工况也会发生变化。例如电动汽车在不同路段行驶时，能量消耗也会不同。因此，能量管理策略需要根据实际应用场景进行调整，适应不同的工况。

3.基于模糊控制的混合储能系统能量管理策略

模糊控制方法是一种建立在模糊数学理论基础上的控制方法，具有模型简单、计算量小、响应速度快等优点。因此，本文提出了一种基于模糊控制的混合储能系统能量管理策略。

3.1模糊控制方法

模糊控制方法的核心是模糊推理机，它由模糊推理规则和模糊化、解模糊化两大部分组成。具体过程如下。

（1）模糊化

将输入变量和输出变量转化为模糊变量，通常需要定义一个隶属度函数来描述其隶属度大小。例如，如果一个输入变量为温度，其隶属度函数可能为一个类似“热、较热、适中、较冷、冷”的五个隶属度等级。

（2）模糊推理规则

模糊推理规则是描述输入变量和输出变量之间关系的规则。通常采用“If-Then”形式表示，如“If温度较热，Then输出功率为高”。

（3）模糊推理机

根据输入变量的隶属度函数和模糊推理规则，得到输出变量的隶属度函数。然后，需要将隶属度函数变成非模糊的值，即进行解模糊化。常用的解模糊化方法有质心法、最大隶属度法等。

3.2混合储能系统能量管理策略

混合储能系统能量管理需要考虑电池组、超级电容组之间的协调。基于模糊控制方法，本文提出了一种混合储能系统能量管理策略，分类讨论混合储能系统运行状态，分别采取不同的充放电策略，具体思路如下。

（1）电池组充电，超级电容组放电

当电池组的电量低于一定阈值，为保证混合储能系统的稳定性，需要对电池组进行充电。此时，超级电容组可以利用储存的能量对系统进行支撑，为电池组充电提供动力支持。

（2）电池组放电，超级电容组不充不放

当电池组的电量高于一定阈值，需要将多余的能量释放出去。此时，将电池组放电，但不需要用超级电容组来补充电池组的功率。

（3）电池组充电，超级电容组不充不放

当超级电容组的电量低于一定阈值时，需要对超级电容组进行充电。此时，电池组可以利用储存的能量对系统进行支撑，为超级电容组充电提供动力支持。

（4）电池组放电，超级电容组充电

当超级电容组的电量高于一定阈值时，需要将多余的能量释放出去。此时，将超级电容组放电，但不需要用电池组来补充超级电容组的功率。

通过以上四种情形的组合，可以实现混合储能系统的最佳能量管理。

4.仿真实验

本文通过Matlab软件对混合储能系统能量管理策略进行了仿真实验。仿真实验中采用的混合储能系统包括100Ah的铅酸电池组和5F的超级电容组。

在仿真实验中，测试了混合储能系统逆变器输入电压为220V，逆变器输出功率为2KW的情况下，采用本文提出的能量管理策略和传统能量管理策略的能量利用率和响应时间。仿真结果如下图所示。

通过对比两种能量管理策略的仿真结果可以得知，采用模糊控制方法的混合储能系统能量管理策略，能够自动调节电池组和超级电容组的充放电功率，实现最佳能量管理，从而降低了能量损耗，并且响应时间更加迅速。

5.结论

本文提出了一种基于模糊控制的混合储能系统能量管理策略。该策略采用模糊控制方法，根据混合储能系统的实时运行状态，动态调整电池组和超级