CAT蓄电池仿真效果与评论

仿真效果与评论

运用MATLAB®来完结验证所提出的EMS系统的使命。表2展示了仿真中的首要变量和控制。在不同的负载和辐照度场景中，评价了举荐的电力系统的功用，以供应所希望的EMS有效性的根据。

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 景象I：辐照度步长改动下的功用

本末节通过在模拟过程中坚持直流母线负载稳定而改动太阳辐照度来验证系统的功用。这样做是为了保证系统按预期运转。

建议的辐照度曲线如图6所示。图7展示了相应的功率曲线。可以看出，如果所需功率大于光伏系统能供应的功率，燃料电池将为直流母线供应适当的功率，一同约束其动态呼应。虽然超级电容在短时间内供应了简直一切的瞬态功率，但随着电池的继续耗费，其存储满足能量和监测超级电容情况的才干逐步降低。此外，当辐照度值在1秒内上升时，输出功率将从550瓦增加到2500瓦，燃料电池供应的功率将削减到零，光伏系统将负责为需求负载供电。在这个准确的时间，超级电容和电池将从直流母线上吸收剩下的能量。

Fig. 6:

拟议的辐照度散布。

Fig. 7:

光伏系统、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，仿真时间为5秒。如图所示，所提出的能量处理系统有效地盯梢并安稳了参看电压值，即380伏。因此，通过鲁棒性控制，电力系统的功用得到了提高。此外，所提出的能量处理系统可以将母线电压的最大过电压降低到<0.1%，一同增强其不坚定含量（ΔV=0.4V）。因此，坚持母线电压在其参看范围内，可以使得所提出的电力系统在坚持高功率质量的一同正常运转。

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别离如图9和图10所示。这儿展示的图表解说了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动时的SOC。

Fig. 10:

电池在辐射度阶梯改动时的SOC。

2.2 场景二：需求负荷改动步长时的功用

仿真过程中直流母线上的需求负载展示了特定的改动，如图11所示。这样做是为了演示所供应的源组件的行为以及所建议的能源处理系统（EMS）的功用。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动而改动。如图12所示，直流母线电压根据其参看值进行调度，振动最小，最大过冲率较低。图13和图14别离显现了储能电容器和电池的需求负载阶跃改动时的情况。根据这些效果，可以清楚地看出所提出的能源处理系统具有良好的功率质量、更好的安稳性和更高的功率。以下调查效果概述了了解系统行为的关键点：

Fig. 11:

光伏系统、负载、储能控制器、燃料电池和电池在需求负荷发生阶跃改动时的功率曲线。

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动下的SOC。

Fig. 14:

电池在需求负载逐步改动情况下的续航才干。

• (i) 在时间距离 t = 0-1 s 内，光伏系统的输出功率大于所需功率；因此，它将供应所需的负载。

• (ii) 在时间 t = 1 s 时，负载功率从 1350 W 增加到 2300 W。此时，简直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增加，以覆盖负载需求的增长，并且动态是有限的。电池将供应能量来给超级电容充电，并根据其需求功率调度超级电容的电压。

• (iii) 在时间 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动到 300 W。一同，母线上的剩下功率将被超级电容吸收，电池此时盯梢超级电容的功率需求。

图15显现了一同改动光伏和负载时的效果。根据所需的需求负载，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），由于辐射的削减，光伏输出小于负载。因此，FC将供应所需的负载。电池将在SC供电瞬态负载的一同进行充电。之后，在t = 1秒时，当直流负载增加时，光伏和FC源根据需求负载的增加值向负载供应所需功率。此时，SC将向总线供应所需能量以安稳直流总线电压。在t = 2秒时，辐射的增加将导致光伏系统的输出增加，然后更多的功率将供应到直流总线。此时，SC从总线上吸收剩下的能量。此外，为了阐明这项作业的立异性，表3展示了所提出的平整度控制和常规PI控制方法之间的功用比较。

传统PI控制与所提出平整度方法之间的比较

加载功率（瓦）	常规PI		提出的平整度方法
	Vbus电压不坚定(伏特)	时间呼应（毫秒）	Vbus电压不坚定(伏特)	时间呼应（毫秒）

Fig. 15:

光伏系统、负载、SC、FC和电池的功率曲线，随着一同改动的PV和负载需求而改动。

3 结论

  在这项研讨中，提出了一种高效EMS，用于由光伏系统、燃料电池、超级电容器和锂离子电池供电的直流微电网。首要意图是为可再生能源或储能系统供应适当的功率参看，以运用非线性平整度控制战略供应稳定的直流母线电压。此外，通过使用平整度理论对所提出的系统进行了理论剖析，并针对SC、FC和电池完结了有限功率动态的最佳功率参看。此外，光伏系统通过根据PSO的MPPT进行控制，以在不同的操作条件下完结其最大功率。所提出的微电网的功用通过负载和辐射水平阶跃改动进行了检验。仿真效果标明，所提出的EMS供应了安稳的母线电压，最小化了超调（0.1%），并提高了纹波含量（ΔV=0.4V）。最后，通过供应更高的功率质量和功率，提高了直流微电网的功用。

因此，建议未来研讨的主题包括：（i）选用滑润控制方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/沟通微网系统的设计和控制。

命名法	描绘	单元 .
输出平面模型	y	W.s
情况变量	x	五
控制变量	你	W
滑润映射的功用	ϕ ⁠ , φ 和 ψ	–
输出导数的符号		W.s
导数的有限数		–
电感电流上升斜率		A
输入电压		五
输出电压		五
输入电感器		H
输入电流纹波		A
总周期时间		秒（s）
切换频率		赫兹
直流链路电压		五
光伏系统的参看功率		W
FC源的参看功率		W
SC的参看功率		W
电池的参看功率		W
PV电流的瞬时值		A
光伏电压瞬时值		五
FC电压的瞬时值		五
FC电流的瞬时值		A
SC电压的瞬时值		五
SC电流的瞬时值		A
电池电流的瞬时值		A
电池电压的瞬时值		五
直流母线电容能量		W.s
超级电容电容量能		W.s
直流母线的电容		F
瞬时电压直流母线		五
SC的电容		F
光伏系统的实践输出功率		W
电池实践功率		W
SC实践功率		W
实践功率		W
光伏变换器的丢失
FC变换器的丢失		欧姆
电池转换器的丢失		欧姆
SC变换器的丢失		欧姆
平整的输出		W.s
直流母线的情况变量		五
输入控制单元		W
SC的最大功率		W
天然频率		Rad/s
阻尼因子		-
SC的电压参看		五
份额增益		-
积分增益		-
SC充电控制增益		-
一阶滤波器增益		S
直流母线能量的导数		W.s