一種基于模糊控制的混合儲能系統(tǒng)能量管理策略研究

一種基于模糊控制的混合儲能系統(tǒng)能量管理策略研究一種基于模糊控制的混合儲能系統(tǒng)能量管理策略研究

摘要：

目前，隨著電動汽車、可再生能源等新能源的快速發(fā)展，能源存儲解決方案也得到了快速發(fā)展。此外，市場對能效日益重視，混合儲能系統(tǒng)已成為趨勢。然而，混合儲能系統(tǒng)的能量管理需要考慮多種因素，如電池的性能、儲能裝置的互補性和可再生能源的可預測性等。因此，本文提出了一種基于模糊控制的混合儲能系統(tǒng)能量管理策略。該策略采用模糊控制方法，基于混合儲能系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，動態(tài)調整電池組和超級電容組的充放電功率，實現(xiàn)混合儲能系統(tǒng)的最佳能量管理。仿真結果表明，該策略有效地提高了混合儲能系統(tǒng)的能效和穩(wěn)定性，為混合儲能系統(tǒng)的實際應用提供了一種行之有效的能量管理策略。

關鍵詞：混合儲能系統(tǒng)；能量管理；模糊控制；電池組；超級電容組

1.引言

近年來，隨著科技的不斷發(fā)展和環(huán)保意識的提高，新能源和節(jié)能技術受到了越來越廣泛的關注。電動汽車、太陽能光伏發(fā)電、風力發(fā)電等可再生能源成為了新能源的代表。

而混合儲能系統(tǒng)作為一種新型的能量存儲解決方案，已逐漸成為一個研究熱點?；旌蟽δ芟到y(tǒng)由電池組、超級電容組、儲氫裝置等儲能裝置組成，能夠利用各種儲能裝置間的互補性，最大程度地提高能量存儲效率。

能量管理是混合儲能系統(tǒng)的關鍵問題?；旌蟽δ芟到y(tǒng)的儲能裝置響應時間不同，電池組容量與超級電容組容量不一致，因此混合儲能系統(tǒng)的能量管理需要考慮多種因素，如電池的性能、儲能裝置的互補性和可再生能源的可預測性等。為了實現(xiàn)混合儲能系統(tǒng)的最佳能量管理，需要采用高效的能量管理策略。

目前，常用的混合儲能系統(tǒng)能量管理策略有很多種，如遺傳算法、粒子群優(yōu)化等方法。然而，這些方法需要大量的計算資源，運算時間長，不適用于實時能量管理。

本文提出了一種基于模糊控制的混合儲能系統(tǒng)能量管理策略。該策略采用模糊控制方法，根據(jù)混合儲能系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，動態(tài)調整電池組和超級電容組的充放電功率，實現(xiàn)混合儲能系統(tǒng)的最佳能量管理。本文的主要研究內容和結構如下。

2.混合儲能系統(tǒng)的能量管理

混合儲能系統(tǒng)的能量管理需要考慮多種因素，如電池的性能、儲能裝置的互補性和可再生能源的可預測性等。因此，一個好的能量管理策略需要滿足以下幾個因素。

（1）最大化能量的利用

在混合儲能系統(tǒng)中，各種儲能裝置具有不同的特點，如電池組容量大、能量密度高、響應速度較慢，超級電容組容量小、能量密度低、響應速度較快。因此，最佳能量管理需要充分利用各種儲能裝置的特點，保證能量的高效利用。

（2）增加混合儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定性

混合儲能系統(tǒng)中各種儲能裝置之間的互補性可以提高儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當某種儲能裝置出現(xiàn)故障或不足時，其他儲能裝置可以補充其能量，保證系統(tǒng)的正常運行。因此，能量管理策略需要考慮各種儲能裝置之間的互補性，最大程度地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）適應不同的工況

混合儲能系統(tǒng)應用于不同的領域，其工況也會發(fā)生變化。例如電動汽車在不同路段行駛時，能量消耗也會不同。因此，能量管理策略需要根據(jù)實際應用場景進行調整，適應不同的工況。

3.基于模糊控制的混合儲能系統(tǒng)能量管理策略

模糊控制方法是一種建立在模糊數(shù)學理論基礎上的控制方法，具有模型簡單、計算量小、響應速度快等優(yōu)點。因此，本文提出了一種基于模糊控制的混合儲能系統(tǒng)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機，它由模糊推理規(guī)則和模糊化、解模糊化兩大部分組成。具體過程如下。

（1）模糊化

將輸入變量和輸出變量轉化為模糊變量，通常需要定義一個隸屬度函數(shù)來描述其隸屬度大小。例如，如果一個輸入變量為溫度，其隸屬度函數(shù)可能為一個類似“熱、較熱、適中、較冷、冷”的五個隸屬度等級。

（2）模糊推理規(guī)則

模糊推理規(guī)則是描述輸入變量和輸出變量之間關系的規(guī)則。通常采用“If-Then”形式表示，如“If溫度較熱，Then輸出功率為高”。

（3）模糊推理機

根據(jù)輸入變量的隸屬度函數(shù)和模糊推理規(guī)則，得到輸出變量的隸屬度函數(shù)。然后，需要將隸屬度函數(shù)變成非模糊的值，即進行解模糊化。常用的解模糊化方法有質心法、最大隸屬度法等。

3.2混合儲能系統(tǒng)能量管理策略

混合儲能系統(tǒng)能量管理需要考慮電池組、超級電容組之間的協(xié)調。基于模糊控制方法，本文提出了一種混合儲能系統(tǒng)能量管理策略，分類討論混合儲能系統(tǒng)運行狀態(tài)，分別采取不同的充放電策略，具體思路如下。

（1）電池組充電，超級電容組放電

當電池組的電量低于一定閾值，為保證混合儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要對電池組進行充電。此時，超級電容組可以利用儲存的能量對系統(tǒng)進行支撐，為電池組充電提供動力支持。

（2）電池組放電，超級電容組不充不放

當電池組的電量高于一定閾值，需要將多余的能量釋放出去。此時，將電池組放電，但不需要用超級電容組來補充電池組的功率。

（3）電池組充電，超級電容組不充不放

當超級電容組的電量低于一定閾值時，需要對超級電容組進行充電。此時，電池組可以利用儲存的能量對系統(tǒng)進行支撐，為超級電容組充電提供動力支持。

（4）電池組放電，超級電容組充電

當超級電容組的電量高于一定閾值時，需要將多余的能量釋放出去。此時，將超級電容組放電，但不需要用電池組來補充超級電容組的功率。

通過以上四種情形的組合，可以實現(xiàn)混合儲能系統(tǒng)的最佳能量管理。

4.仿真實驗

本文通過Matlab軟件對混合儲能系統(tǒng)能量管理策略進行了仿真實驗。仿真實驗中采用的混合儲能系統(tǒng)包括100Ah的鉛酸電池組和5F的超級電容組。

在仿真實驗中，測試了混合儲能系統(tǒng)逆變器輸入電壓為220V，逆變器輸出功率為2KW的情況下，采用本文提出的能量管理策略和傳統(tǒng)能量管理策略的能量利用率和響應時間。仿真結果如下圖所示。

通過對比兩種能量管理策略的仿真結果可以得知，采用模糊控制方法的混合儲能系統(tǒng)能量管理策略，能夠自動調節(jié)電池組和超級電容組的充放電功率，實現(xiàn)最佳能量管理，從而降低了能量損耗，并且響應時間更加迅速。

5.結論

本文提出了一種基于模糊控制的混合儲能系統(tǒng)能量管理策略。該策略采用模糊控制方法，根據(jù)混合儲能系統(tǒng)的實時運行狀態(tài)，動態(tài)調整電池組和超級