CN111016719B - 利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法 - Google Patents

利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法。本发明一种利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法，包括：通过对下垂控制公式中参考电压进行改变,采用多智能体滑模控制策略实现超级UPS中的容量不同的电动汽车锂电池SOC一致，采用下垂控制、多智能体平均电压电流一致控制和末端控制，将电动汽车锂电池的电流输出值与容量的比值(电流标幺值)作为控制对象并引入滑模函数。本发明的有益效果：通过对下垂控制进行改进并使用多智能体技术且考虑了EV锂电池的实时容量衰减，实现了在超级UPS中容量不同的EV锂电池SOC一致，并维持了EV插拔情况下超级UPS直流母线电压的稳定。

Description

利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，具体涉及一种利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法。
背景技术
不间断电源(uninterrupted power system,UPS)被广泛使用在数据中心、银行和核电站等。随着人们对供电可靠性要求的提高，超级UPS的概念被提了出来。随着能源紧缺和环境污染的矛盾日益突出，节能减排的电力系统运行技术受到关注。电动汽车可以近似看成一个储能，电动汽车在节能减排、遏制气候变暖以及保障石油供应安全等方面有着传统汽车无法比拟的优势，受到各国政府、汽车生产商以及能源企业的广泛关注。
目前对电动汽车接入超级UPS过程中SOC(SOC(State of charge),即荷电状态,用来反映电池的剩余容量,其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值,常用百分数表示。)一致研究不多，尤其当考虑容量不同的电动汽车和电动汽车插拔时的情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法，包括：通过对下垂控制公式中参考电压进行改变,采用多智能体滑模控制策略实现超级UPS中的容量不同的电动汽车锂电池SOC一致，采用下垂控制、多智能体平均电压电流一致控制和末端控制，将电动汽车锂电池的电流输出值与容量的比值(电流标幺值)作为控制对象并引入滑模函数。
在其中一个实施例中，所述下垂控制公式
Figure BDA0002329434680000021
式中：Vdciref为第i个EV的直流母线侧参考电压；
Figure BDA0002329434680000022
为修改后的三级电压控制输出值；mi为下垂系数；iti(t)为第i个EV的直流母线侧输出电流。
在其中一个实施例中，智能体i的平均输出电流标幺值公式
Figure BDA0002329434680000023
Figure BDA0002329434680000024
Figure BDA0002329434680000025
式中：
Figure BDA0002329434680000026
和
Figure BDA0002329434680000027
分别为智能体i和与智能体i邻接的智能体j的本地估计输出电流的标幺值平均值；
Figure BDA0002329434680000028
为平均电流一致收益；zi(t)为滑模函数；iLi pu(t)为智能体i的输出电流标幺值；iLi(t)为智能体i的输出电流；cei为智能体i的电池容量。
多智能体平均电压一致控制协议，公式
Figure BDA0002329434680000029
式中：
Figure BDA00023294346800000210
和
Figure BDA00023294346800000211
分别为智能体i和与智能体i邻接的智能体j的本地估计平均电压；vti(t)为智能体i的输出母线电压；
Figure BDA00023294346800000212
为平均电压一致收益；|Ni|为智能体i的邻接智能体的数目。
在其中一个实施例中，初始滑模函数如下：
Figure BDA0002329434680000031
Figure BDA0002329434680000032
式中：ci(t)和cj(t)分别为智能体i的SOC值和与智能体i邻接的智能体j的SOC值；Ai(t)为与智能体i邻接的智能体j的SOC平均值。
在其中一个实施例中，多智能体平均电压电流一致控制和末端控制后的输出电压
Figure BDA0002329434680000033
Figure BDA0002329434680000034
Figure BDA0002329434680000035
式中：kp11和ki21为二级电压控制比例和积分增益；kp12和ki22为二级电流控制比例和积分增益；vref为给定参考电压。
此处通过滑模函数和多智能体平均电流一致算法来实现接入超级UPS中的EV锂电池电流标幺值一致从而实现SOC一致,此处没有直接将SOC加入控制算法中，由于从库仑公式可以看出EV锂电池的SOC导数为本文所定义的EV锂电池电流标幺值，SOC一致即本文所定义的EV锂电池电流标幺值一致；通过多智能体平均电流电压一致算法和末端控制算法实现直流母线电压稳定。当智能体i的本地估计平均电压低于给定参考电压时，修改后的智能体i的参考电压
Figure BDA0002329434680000036
会上升，反之下降。
在其中一个实施例中，考虑电池实时容量衰减的自适应容量计算公式
Figure BDA0002329434680000037
式中：csei为智能体i的实时电池容量估计值；ΔSOCi为在时间段t1到t2之间的智能体i的电池SOC衰减值；将其代入上述多智能体滑模控制中
Figure BDA0002329434680000041
Figure BDA0002329434680000042
Figure BDA0002329434680000043
Figure BDA0002329434680000044
Figure BDA0002329434680000045
式中：isLi pu(t)表示考虑实时电池容量衰减的智能体i的输出电流标幺值；
Figure BDA0002329434680000046
表示考虑实时电池容量衰减的智能体i的本地估计输出电流标幺值平均值。
在其中一个实施例中，将t1和t2之间的时间间隔设置为1秒。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述方法的步骤。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一项所述方法的步骤。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行任一项所述的方法。
本发明的有益效果：
通过对下垂控制进行改进并使用多智能体技术且考虑了EV锂电池的实时容量衰减，实现了在超级UPS中容量不同的EV锂电池SOC一致，并维持了EV插拔情况下超级UPS直流母线电压的稳定。
附图说明
图1是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法的电动汽车接入超级UPS的拓扑图。
图2是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法的电动汽车接入超级UPS的动作流程图。
图3是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法的改进的滑模函数示意图。(图中
Figure BDA0002329434680000051
表示考虑实时电池容量衰减的智能体i的本地估计输出电流标幺值平均值；
Figure BDA0002329434680000052
为智能体i的本地估计输出电流标幺值最大值。)
图4是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法的单个EV锂电池的控制框图。(其中公式(1)为
Figure BDA0002329434680000053
)
图5是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法的净发电量情况下的光伏电源功率。
图6是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法的净发电量情况下的EV锂电池实时容量。
图7是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法的净发电量情况下的EV锂电池SOC响应。
图8是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法的净发电量情况下的EV锂电池实时电流标幺值。
图9是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法的净发电量情况下的超级UPS直流母线电压响应。
图10是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法的净负荷情况下的光伏电源功率。
图11是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法的净负荷情况下的EV锂电池实时容量。
图12是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法的净负荷情况下的EV锂电池SOC响应。
图13是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法的净负荷情况下的EV锂电池实时电流标幺值。
图14是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法的净负荷情况下的超级UPS直流母线电压响应。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法，其包括以下步骤：
首先对图1所示电动汽车接入超级UPS的拓扑图进行分析。图1中，光伏电站和直流母线单向连接向负载传送功率；电动汽车和直流母线通过断路器双向连接，可以吸收或者发出功率；电网和直流母线双向连接，可以双向传输功率；直流负载和直流母线有两个传输通道(一个作为备用)，只能吸收功率，直流负载和电网有一个旁路连接，从电网吸收功率；锂电池和直流母线双向连接，可以吸收发出功率；有些其他能源和直流母线连接方式为单向，而有些其他能源和直流母线连接方式为双向。本专利不考虑其他能源和电网的运行状态，仅考虑电动汽车、光伏、锂电池和直流负载拓扑情况下的运行状态。分析流程图如图2所示。图2中Ppv为光伏单元MPPT状态下发出功率；Pload为直流负载设置的功率；SOCi为第i个EV的SOC值；SOCimax为第i个EV的SOC最大值；SOCimin为第i个EV的SOC最小值。首先将光伏单元发出的功率和负载功率进行比较，若Ppv大，则电动汽车处于充电状态，此时EV的SOC上升，最后接在直流母线上的EV的SOC趋于平衡，若有新的EV接入超级UPS或原来的EV断开，重新进入循环状态，最后维持接在直流母线上的EV的SOC趋于平衡(在充电情况下任何接入超级UPS的EV的SOC达到最大值都自动断开)；若Ppv小，则电动汽车处于放电状态，此时EV的SOC下降，最后接在直流母线上的EV的SOC趋于平衡，若有新的EV接入超级UPS或原来的EV断开，重新进入循环状态，最后维持接在直流母线上的EV的SOC趋于平衡(在放电情况下任何接入超级UPS的EV的SOC达到最小值都自动断开)。
列出下垂控制公式
Figure BDA0002329434680000071
式中：Vdciref为第i个EV的直流母线侧参考电压；
Figure BDA0002329434680000072
为修改后的三级电压控制输出值；mi为下垂系数；iti(t)为第i个EV的直流母线侧输出电流。
列出智能体i的平均输出电流标幺值公式
Figure BDA0002329434680000073
Figure BDA0002329434680000074
Figure BDA0002329434680000075
式中：
Figure BDA0002329434680000076
和
Figure BDA0002329434680000077
分别为智能体i和与智能体i邻接的智能体j的本地估计输出电流的标幺值平均值；
Figure BDA0002329434680000078
为平均电流一致收益；zi(t)为滑模函数；iLi pu(t)为智能体i的输出电流标幺值；iLi(t)为智能体i的输出电流；cei为智能体i的电池容量。
多智能体平均电压一致控制协议，公式
Figure BDA0002329434680000079
式中：
Figure BDA00023294346800000710
和
Figure BDA00023294346800000711
分别为智能体i和与智能体i邻接的智能体j的本地估计平均电压；vti(t)为智能体i的输出母线电压；
Figure BDA00023294346800000712
为平均电压一致收益；|Ni|为智能体i的邻接智能体的数目。
列出初始滑模函数并对其进行改进
Figure BDA0002329434680000081
Figure BDA0002329434680000082
式中：ci(t)和cj(t)分别为智能体i的SOC值和与智能体i邻接的智能体j的SOC值；Ai(t)为与智能体i邻接的智能体j的SOC平均值。改进滑模函数如图3所示。
列出多智能体平均电压电流一致控制和末端控制后的输出电压
Figure BDA0002329434680000083
Figure BDA0002329434680000084
Figure BDA0002329434680000085
式中：kp11和ki21为二级电压控制比例和积分增益；kp12和ki22为二级电流控制比例和积分增益；vref为给定参考电压。
提出了一种考虑电池实时容量衰减的自适应容量计算公式
Figure BDA0002329434680000086
式中：csei为智能体i的实时电池容量估计值；ΔSOCi为在时间段t1到t2之间的智能体i的电池SOC衰减值。将t1和t2之间的时间间隔设置为1秒。将其代入上述多智能体滑模控制中
Figure BDA0002329434680000087
Figure BDA0002329434680000088
Figure BDA0002329434680000089
Figure BDA00023294346800000810
Figure BDA00023294346800000811
式中：isLi pu(t)表示考虑实时电池容量衰减的智能体i的输出电流标幺值；
Figure BDA0002329434680000091
表示考虑实时电池容量衰减的智能体i的本地估计输出电流标幺值平均值。
在MATLAB中搭建控制框图，搭建的控制框图如图4所示。
调试选取合适的参数，在MATLAB中搭建仿真模块，选取合适的参数，超级UPS工作在净发电量情况下和净负荷情况下的的光伏电源功率、EV锂电池实时容量、EV锂电池SOC响应、EV锂电池实时电流标幺值和超级UPS直流母线电压响应如图5、6、7、8、9、10、11、12、13、14所示。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法，其特征在于，包括：通过对下垂控制公式中参考电压进行改变,采用多智能体滑模控制策略实现超级UPS中的容量不同的电动汽车锂电池SOC一致，采用下垂控制、多智能体平均电压电流一致控制和末端控制，将电动汽车锂电池的电流输出值与容量的比值作为控制对象并引入滑模函数；
列出智能体i的平均输出电流标幺值公式
Figure FDA0003104489570000011
Figure FDA0003104489570000012
Figure FDA0003104489570000013
式中：
Figure FDA0003104489570000014
和
Figure FDA0003104489570000015
分别为智能体i和与智能体i邻接的智能体j的本地估计输出电流的标幺值平均值；βi为平均电流一致收益；zi(t)为滑模函数；iLi pu(t)为智能体i的输出电流标幺值；iLi(t)为智能体i的输出电流；cei为智能体i的电池容量；
多智能体平均电压一致控制协议，公式
Figure FDA0003104489570000016
式中：
Figure FDA0003104489570000017
和
Figure FDA0003104489570000018
分别为智能体i和与智能体i邻接的智能体j的本地估计平均电压；vti(t)为智能体i的输出母线电压；
Figure FDA0003104489570000019
为平均电压一致收益；|Ni|为智能体i的邻接智能体的数目；
多智能体平均电压电流一致控制和末端控制后的输出电压
Figure FDA00031044895700000110
Figure FDA00031044895700000111
Figure FDA00031044895700000112
式中：kp11和ki21为二级电压控制比例和积分增益；kp12和ki22为二级电流控制比例和积分增益；vref为给定参考电压；
此处通过滑模函数和多智能体平均电流一致算法来实现接入超级UPS中的EV锂电池电流标幺值一致从而实现SOC一致,此处没有直接将SOC加入控制算法中，由于从库仑公式可以看出EV锂电池的SOC导数为本文所定义的EV锂电池电流标幺值，SOC一致即本文所定义的EV锂电池电流标幺值一致；通过多智能体平均电流电压一致算法和末端控制算法实现直流母线电压稳定；当智能体i的本地估计平均电压低于给定参考电压时，修改后的智能体i的参考电压
Figure FDA0003104489570000021
会上升，反之下降。
2.如权利要求1所述的利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法，其特征在于，所述下垂控制公式
Figure FDA0003104489570000022
式中：Vdciref为第i个EV的直流母线侧参考电压；
Figure FDA0003104489570000023
为修改后的三级电压控制输出值；mi为下垂系数；iti(t)为第i个EV的直流母线侧输出电流。
3.如权利要求1所述的利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法，其特征在于，初始滑模函数如下：
Figure FDA0003104489570000024
Figure FDA0003104489570000025
式中：ci(t)和cj(t)分别为智能体i的SOC值和与智能体i邻接的智能体j的SOC值；Ai(t)为与智能体i邻接的智能体j的SOC平均值。
4.如权利要求1所述的利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法，其特征在于，考虑电池实时容量衰减的自适应容量计算公式
Figure FDA0003104489570000026
式中：csei为智能体i的实时电池容量估计值；ΔSOCi为在时间段t1到t2之间的智能体i的电池SOC衰减值；将其代入上述多智能体滑模控制中
Figure FDA0003104489570000031
Figure FDA0003104489570000032
Figure FDA0003104489570000033
Figure FDA0003104489570000034
Figure FDA0003104489570000035
式中：isLi pu(t)表示考虑实时电池容量衰减的智能体i的输出电流标幺值；
Figure FDA0003104489570000036
表示考虑实时电池容量衰减的智能体i的本地估计输出电流标幺值平均值。
5.如权利要求4所述的利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法，其特征在于，将t1和t2之间的时间间隔设置为1秒。
6.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1到5任一项所述方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1到5任一项所述方法的步骤。
8.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1到5任一项所述的方法。
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