【功率跟随控制策略仿真模型分析案例4300字】

1功率跟随控制策略仿真模型分析案例功率跟随控制策略仿真模型分析案例 11.1拓扑结构模型建立 2 2 31.2功率跟随控制策略仿真模型建立 51.3功率跟随控制策略仿真结果分析 8功率跟随策略是常用的控制方法，其基本原则是维持锂电池的SOC在初始设置范围内。当锂电池的SOC小于初始设置范围时，燃料电池需加大输出，不仅要满足负载的功率需求，还要给锂电池充电。相反地，当锂电池的SOC大于初始设置范围时，燃料电池的输出小于负载需求功率，锂电池也供给部分能量。当锂电池的SOC处于初始设置范围时，燃料电池输出与负载需求功率一致，锂电池SOC基本保持不变错误!未找到引用源。o围内的原则，要么燃料电池和锂电池同时工作，要么当SOC低于初始设置范围时，燃21.1.1DC/DC变换器模型DC/DC变换器的功能是通过控制占空比将直流电转换为另一固定电压或者可调电压器实现输入输出之间的隔离，结构见下图4-1所示。 单向DC/DC变换器依据输入端与输出端之间是否存在变压器，分为非隔离型变换Boost变换电路属于并联型开关变换器，利用电感L储能之后具有升高电压的作用传动和单相功率因数校正方面，其拓扑结构如下图4-2所示。Buck变换电路利用全控器件的开通和关断功能，实现输出电压小于输入电压的目拓扑结构如下图4-3所示。3依据前述对PEMFC的分析，需要将多个单电池串联组成电池组向外供电，即单体组的端电压，因此燃料电池在接入直流总线前必须进行升压，因此只有选用Boost变换双向DC/DC变换器是在单向DC/DC变换器的基础上，将二极管与开关管进行反并动。与单向DC/DC变换器相似，双向DC/DC变换器也可分为隔离型和非隔离型两类。通过双向DC/DC变换器将蓄电池与直流总线相连，由于蓄电池在拓扑结构里可以平衡功率及母线电压，所以在系统能量供应不足时，需要蓄电池及时放电，经过双向多余的能量经双向DC/DC变换器的降压操作给蓄电池充电。由此可见，在系统里蓄电池既是负载消耗能量又是电源提供能量，而双向DC/DC变换器在功率转换中起到了传如图4-4所示，该双向半桥式变换器拓扑结构简单、成本低廉、电路中开关器件所受的电压电流应力较小、导通损耗较低、效率高。其拓扑结构由高频电感L、反并联二极管D₁与D₂、滤波电容C、全控型器件T₁与T2组成。该双向DC/DC变换器由电压环进行能量储存或能量释放，维持直流母线电压保持稳定，减小电压蓄电池自身充放电的安全错误!未找到引用源。目前，双电池系统的拓扑结构分类很多，下图是常见的四类拓扑结构错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。系统负载负载系统变换器负载双向DC/DC变换器图4-5双电池系统的主要拓扑结构高。正常工况下，负载侧的母线电压会因实际工作中的各类因素而发生变化，甚至急剧5易受外界各种动态因素影响，工作状态不稳定。当负载所需功率发生变化时，经单向图4-5(c)与图4-5(b)相比，在原拓扑结构的基础上将锂电池与直流总线间增加了一1.2功率跟随控制策略仿真模型建立在能量跟随管理策略模型中，PID控制扮演者重PID控制即比例、积分、微分控制的简称，在工普遍、历史久远、应用范围广和适应性强的一种基本控制方式，其原理图如下图4-6所PID调节控制器是一种线性调节器，它将给定值r(t)与实际输出值y(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制，其PID控制算法的规律为：Kp一比例系数；T₁一积分时间；T,一微分时间。比例环节：属于有差调节，偏差一旦产生，调节器立即产生调节作用。积分环节：属于无差调节，用于消除静差，提高系统的无差度。微分环节：反映偏差信号的变化速率，加快系统响应时间。通过前述对系统的分析，选取PI控制即可满足控制要求。MATLAB/Simulink仿真平台可直接依据系统的控制要求，对系统进行线性化处理，得到各PI控制器的比例、积分参数，在此不再赘述控制器的各参数设置过程。单向DC/DC变换器工作于恒流模式，首先依据功率跟随策略通过锂电池SOC计算出锂电池输出功率，将混合电池系统的负载需求功率与锂电池输出功率作差得到燃料电池需要输出参考功率。将此功率与总线需求电压相除得到参考电流信号，将燃料电池实际输出电流与参考电流的差值进行PI处理，计算得到满足控制要求的占空比，将该PWM信号接入单向DC/DC变换器的门极，驱动变换器调整输出燃料电池功率。调节框图如图4-7所示。双向DC/DC变换器采用电压外环、电流内环的双环控制方式。当负载所需功率较大，燃料电池无法完全独自供给负载时，需要锂电池提供能量，此时双向变换器工作于恒压Boost模式。将初始设置电压与锂电池实时电压进行作差处理并将差值进行PI运算，将运算结果再与锂电池实时电流进行作差处理并将差值进行PI运算，经调制得到合适占空比。将该PWM信号输入变换器门极，控制变换器的开通和关断，满足负载所需功率要求。当锂电池处于低荷电状态时，变换器的控制信号与升压时的信号相反，经PWM波处理后作用在降压变换器的驱动模块。DC/DC变换器处于降压稳定输出工作方式，燃料电池需增大输出功率，一方面要保证负载的正常使用，另一方面还要经总线向锂电池充电，维持锂电池的SOC处于合适范围内，双向DC/DC变换器控制框图如下图4-8所示。Uref依据前述对双电池控制系统的分析，基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建能量跟随策略系统模型。对模型中的燃料电池和蓄电池的参数设置分别如下图4-9所示。ModeldetailLevel:DetailedOperatingtemperature(CelsiNominalcomposition(%)[H202H2O(Air)][9双电池系统采用变化电阻作为负载，搭建仿真模型如下图4-10所示，同时对系统做出以下要求：(1)负载需求功率一般要小于燃料电池额定功率；(2)控制负载端电压维持在48V;(3)负载所需功率在0~4s内逐渐增大；(4)4s时负载发生急剧变化，所需功率骤降。(1)高SOC状态将蓄电池初始SOC设置为80%,此时蓄电池的电量充足，将会尽可能对外放电，起为负载供能。如图4-12所示，即使在4s时负载功率下降，负载端电压也能很快恢复 22将蓄电池初始SOC设置为55%,该状态下蓄电池的SOC在一个适当的范围。如图4-13所示，燃料电池的输出功率将与负载功率基本保持在同一水平。如图4-14所示，端电压保持在48V,蓄电池有少部分输出，主要用来补偿线路损耗。屋将蓄电池初始SOC设置为20%,此时蓄电池将始终处于充电状态，燃料电池的输出功率除了维持负载和线路的功率消耗，还要给蓄电池进行充电，如图4-15所示。负载电压维持在48V,SOC迅速增长，蓄电池