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摘要：新能源出力間歇性與負(fù)荷隨機(jī)性引發(fā)的參數(shù)攝動，導(dǎo)致功率分配失配，使實際輸出功率偏離目標(biāo)值，嚴(yán)重降低了控制精度。這種多擾動耦合形成的時變非線性特性，使得傳統(tǒng)固定參數(shù)控制策略失效，為此，本研究提出一種新能源直流微電網(wǎng)混合儲能模糊自適應(yīng)控制技術(shù)。首先，通過儲能出力強(qiáng)度指標(biāo)量化新能源波動的幅值與頻率特征，確定蓄電池荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）的約束范圍，基于SOC約束范圍實現(xiàn)新能源出力間歇性抑制。其次，設(shè)計充放電平衡度與儲能出力強(qiáng)度約束，對功率進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整分配，解決新能源出力間歇性帶來的負(fù)荷隨機(jī)性。再次，設(shè)計模糊控制器調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)功率修正系數(shù)，求解待補(bǔ)償功率修正量，對儲能系統(tǒng)輸出功率展開補(bǔ)償控制，抑制系統(tǒng)參數(shù)攝動。最后，根據(jù)補(bǔ)償結(jié)果使輸出功率最大程度接近于目標(biāo)功率值，實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)控，提升混合儲能控制效果。實驗結(jié)果表明，該技術(shù)能夠?qū)OC波動穩(wěn)定控制在28%±5%的安全區(qū)間，功率跟蹤偏移率維持在0.15%水平，顯著提升了混合儲能系統(tǒng)的控制精度和運(yùn)行的穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞：新能源直流微電網(wǎng)；混合儲能系統(tǒng)；模糊自適應(yīng)控制；SOC；功率補(bǔ)償
新能源直流微電網(wǎng)憑借較高的系統(tǒng)效率和抗干擾能力以及簡便的控制過程，成為了分布式能源系統(tǒng)的重要載體。然而，新能源發(fā)電的波動性、間歇性以及儲能單元之間差別較大的特點會影響微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和能量管理。混合儲能系統(tǒng)通過協(xié)同高功率密度的超級電容與高能量密度的蓄電池，可優(yōu)勢互補(bǔ)，有效平抑功率波動。傳統(tǒng)的混合儲能控制方法無法快速適應(yīng)新能源出力和負(fù)載需求的復(fù)雜變化，尤其針對具有恒功率負(fù)載特點的直流微電網(wǎng)時，控制難度進(jìn)一步升高。因此，亟需探索出一種更智能的新能源直流微電網(wǎng)混合儲能控制方法。
相關(guān)學(xué)者針對這一領(lǐng)域已經(jīng)開展了深入的研究并取得了顯著成果。曹敏等[1]首先結(jié)合碳排放量最小化和混合能源最佳定容來建立控制策略的目標(biāo)函數(shù)，并設(shè)計約束條件，然后基于混合儲能微電網(wǎng)的不確定特性優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，以構(gòu)建min-max兩階段控制模型，通過列與約束生成算法求解模型，實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。然而，新能源出力間歇性與負(fù)荷隨機(jī)性高度復(fù)雜且動態(tài)多變，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)和約束條件時難以全面準(zhǔn)確納入其所有特征，導(dǎo)致模型與實際情況存在偏差，影響功率分配準(zhǔn)確性，使實際輸出功率偏離目標(biāo)值。謝楠等[2]設(shè)計一種黑啟動并列運(yùn)行時含有非線性補(bǔ)償模塊的下垂控制策略，以實現(xiàn)儲能控制。但當(dāng)負(fù)荷隨機(jī)性致使部分儲能單元過載而其他單元未充分利用時，下垂控制無法實現(xiàn)全局功率優(yōu)化分配，易出現(xiàn)功率分配不均衡問題，影響系統(tǒng)整體性能與穩(wěn)定性。Sarra Z等[3]利用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對儲能系統(tǒng)最大功率點進(jìn)行跟蹤，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制蓄電池的放電和充電周期，進(jìn)而實現(xiàn)儲能控制。由于新能源出力和負(fù)荷變化的隨機(jī)性和不確定性特征，其訓(xùn)練數(shù)據(jù)難以全面覆蓋各類運(yùn)行工況。當(dāng)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行最大功率點跟蹤及充放電周期控制時，這種數(shù)據(jù)局限性會導(dǎo)致控制誤差，進(jìn)而影響功率分配的準(zhǔn)確性，最終造成實際輸出功率與目標(biāo)值的偏離。宋昕一等[4]基于冪指函數(shù)嵌套反正切函數(shù)獲得SOC與下垂系數(shù)的關(guān)系，進(jìn)而調(diào)整下垂系數(shù)中的參數(shù)來實現(xiàn)SOC均衡控制，利用母線電壓和虛擬壓降展開二次補(bǔ)償，以提高電流分配效果。但新能源出力間歇性與負(fù)荷隨機(jī)性引發(fā)的參數(shù)攝動會使SOC變化更為復(fù)雜，這種近似函數(shù)關(guān)系可能無法準(zhǔn)確適應(yīng)SOC的動態(tài)變化，調(diào)整下垂系數(shù)參數(shù)時出現(xiàn)偏差，影響SOC均衡控制效果，導(dǎo)致功率分配失配。
現(xiàn)有研究多集中于理想工況下的功率分配策略，未能充分應(yīng)對新能源出力間歇性與負(fù)荷隨機(jī)性耦合引發(fā)的參數(shù)攝動問題，導(dǎo)致實際輸出功率嚴(yán)重偏離目標(biāo)值，控制精度受限。為突破這一瓶頸，本文從源頭抑制與動態(tài)補(bǔ)償兩個層面出發(fā)，提出一種模糊自適應(yīng)控制技術(shù)，以實現(xiàn)混合儲能系統(tǒng)的精準(zhǔn)功率控制。
一、新能源出力間歇性抑制
二、混合儲能模糊自適應(yīng)控制
三、實驗與分析
四、結(jié)束語
全文6915字，詳見《中國能源》2025年第10期。
