一种基于模糊控制的混合能源系统实时负荷分配方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于模糊控制的混合能源系统实时负荷分配方法，该方法根据混合能源系统的总负荷、燃料电池的充电状态来实时分配燃料电池、锂电池、超级电容的输出功率，具体包括以下步骤：步骤S1：设计建筑混合能源系统结构；步骤S2：对混合能源系统中的燃料电池模块、锂电池模块、超级电容模块以及配套设施进行建模，其中配套设施包括DC/DC转换器模块、DC/AC转换器模块；步骤S3：确定能源管理模块的输入和输出变量，设计模糊逻辑控制策略；步骤S4：输入总负荷数据，进行仿真，并对实时负荷分配情况进行分析。与现有技术相比，本发明专利技术具有较好的抗干扰性等优点。的抗干扰性等优点。的抗干扰性等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊控制的混合能源系统实时负荷分配方法


[0001]本专利技术涉及建筑混合能源领域，尤其是涉及一种基于模糊控制的混合能源系统实时负荷分配方法。

技术介绍

[0002]随着建筑内各用能设备类型的增多和能源需求的增长，传统能源系统无法满足混合化、多元化的要求，导致能源结构的不合理和能源利用效率的低下。为了解决这些问题，包含燃料电池、锂电池、超级电容、光伏系统、风力发电等清洁的混合能源系统已被用于各种建筑。其中，燃料电池具有能量转化效率高，对环境友好，比能量高等优点；锂电池能量密度高，充电速度快，自放电少；超级电容充放电速度快，可以储存或释放更多的能量。
[0003]能源管理系统是混合能源系统的关键技术之一。混合能源系统在负荷变化时较传统能源具有更好的适应性，但是各能源子系统的动态特性不尽相同，因此通过能源管理系统对实时负荷进行合理分配，可以进一步提高系统的经济性。一个良好的能源管理系统可以使每个能源在合理的范围内运行，并且提高整个系统的效率和运行寿命。
[0004]目前，对混合能源管理系统的研究主要集中在电动汽车领域，而建筑领域应用混合能源的研究较少。其中，能源管理系统采用的控制策略有PI控制、状态机控制、神经网络控制、模糊逻辑控制等。现有控制策略的不足之处如下：一、PI控制的增益只能在一定范围内适用，当能源系统负荷变化大时需要进行调整；二、在状态变化时需要磁滞控制，否则将会影响能源管理系统对负载变化的响应；三、神经网络法需要大量实验数据来对网络进行训练。
[0005]经过检索，中国专利公开号CN106709610A公开了一种微电网电储能、冰蓄冷联合优化调度方法，该专利未涉及模糊控制方法，且只要针对电储能与冷负荷，以及中国专利公开号CN109936145A公开了适用于园区配电的充电站负荷调整方法，该专利仅仅涉及充电站的负荷调整方法，且未涉及模糊控制方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于模糊控制的混合能源系统实时负荷分配方法。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]一种基于模糊控制的混合能源系统实时负荷分配方法，该方法根据混合能源系统的总负荷、燃料电池的充电状态来实时分配燃料电池、锂电池、超级电容的输出功率，具体包括以下步骤：
[0009]步骤S1：设计建筑混合能源系统结构；
[0010]步骤S2：对混合能源系统中的燃料电池模块、锂电池模块、超级电容模块以及配套设施进行建模，其中配套设施包括DC/DC转换器模块、DC/AC转换器模块；
[0011]步骤S3：确定能源管理模块的输入和输出变量，设计模糊逻辑控制策略；
[0012]步骤S4：输入总负荷数据，进行仿真，并对实时负荷分配情况进行分析。
[0013]优选地，所述的步骤S1具体为：
[0014]根据建筑的具体情况，确定混合能源系统中采用燃料电池、锂电池和超级电容；
[0015]若燃料电池的直流电压低于所需电压，需要配置直流升压转换器，其直接与燃料电池相连；
[0016]若锂电池直流电压低于所需电压且运行过程中存在充放电现象，需要配置用于放电的直流升压转换器和用于充电的直流降压转换器，这两个转换器并联后与锂电池相连；
[0017]燃料电池、锂电池与超级电容并联在直流总线，并通过DC/AC转换器输出。
[0018]优选地，所述的步骤S2使用Simulink中的SimPowerSystems工具箱对各模块进行建模，并设置各子模块的参数。
[0019]优选地，所述的步骤S3具体为：
[0020]将负载总功率和锂电池的充电状态作为输入量输入模糊控制器，在模糊控制器内进行模糊化、根据模糊规则推理和反模糊处理得到精确的控制量，对燃料电池功率进行控制。
[0021]优选地，所述的模糊控制器具体处理过程为：
[0022]S101)模糊化处理；
[0023]S102)选取隶属度函数；
[0024]S103)建立模糊控制规则；
[0025]S104)对模糊变量进行反模糊化处理。
[0026]优选地，所述的S101)模糊化处理具体为：
[0027]将系统总功率P
load
和燃料电池功率P
fc
划分为4个模糊集合：非常低VL，低L，中等M，高H；将锂离子电池的充电状态SOC划分为3个模糊集合：低L，中等 M，高H。
[0028]优选地，所述的S102)选取隶属度函数具体为：
[0029]选择梯形隶属度函数如下：
[0030][0031]由公式可得，确定参数a,b,c,d即可确定一个具体的隶属度函数，建立变量的隶属度函数具体如下：
[0032]S201)总功率P
load
的隶属度函数在VL时为trapmf型，参数为[a
11
,b
11
,c
11
,d
11
]；在L时为trapmf型，参数为[a
12
,b
12
,c
12
,d
12
]；在M时为trapmf型，参数为 [a
13
,b
13
,c
13
,d
13
]；在H时为trapmf型，参数为[a
14
,b
14
,c
14
,d
14
]；
[0033]S202)充电状态SOC的隶属度函数在L时为trapmf型，参数为[a
21
,b
21
,c
21
,d
21
]；在M时为trapmf型，参数为[a
22
,b
22
,c
22
,d
22
]；在H时为trapmf型，参数为 [a
23
,b
23
,c
23
,d
23
]；
[0034]S203)燃料电池功率P
fc
的隶属度函数在VL时为trapmf型，参数为 [a
31
,b
31
,c
31
,d
31
]；在L时为trapmf型，参数为[a
32
,b
32
,c
32
,d
32
]；在M时为trapmf 型，参数为[a
33
,b
33
,c
33
,
d
33
]；在H时为trapmf型，参数为[a
34
,b
34
,c
34
,d
34
]。
[0035]优选地，所述的S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊控制的混合能源系统实时负荷分配方法，其特征在于，该方法根据混合能源系统的总负荷、燃料电池的充电状态来实时分配燃料电池、锂电池、超级电容的输出功率，具体包括以下步骤：步骤S1：设计建筑混合能源系统结构；步骤S2：对混合能源系统中的燃料电池模块、锂电池模块、超级电容模块以及配套设施进行建模，其中配套设施包括DC/DC转换器模块、DC/AC转换器模块；步骤S3：确定能源管理模块的输入和输出变量，设计模糊逻辑控制策略；步骤S4：输入总负荷数据，进行仿真，并对实时负荷分配情况进行分析。2.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的混合能源系统实时负荷分配方法，其特征在于，所述的步骤S1具体为：根据建筑的具体情况，确定混合能源系统中采用燃料电池、锂电池和超级电容；若燃料电池的直流电压低于所需电压，需要配置直流升压转换器，其直接与燃料电池相连；若锂电池直流电压低于所需电压且运行过程中存在充放电现象，需要配置用于放电的直流升压转换器和用于充电的直流降压转换器，这两个转换器并联后与锂电池相连；燃料电池、锂电池与超级电容并联在直流总线，并通过DC/AC转换器输出。3.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的混合能源系统实时负荷分配方法，其特征在于，所述的步骤S2使用Simulink中的SimPowerSystems工具箱对各模块进行建模，并设置各子模块的参数。4.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的混合能源系统实时负荷分配方法，其特征在于，所述的步骤S3具体为：将负载总功率和锂电池的充电状态作为输入量输入模糊控制器，在模糊控制器内进行模糊化、根据模糊规则推理和反模糊处理得到精确的控制量，对燃料电池功率进行控制。5.根据权利要求4所述的一种基于模糊控制的混合能源系统实时负荷分配方法，其特征在于，所述的模糊控制器具体处理过程为：S101)模糊化处理；S102)选取隶属度函数；S103)建立模糊控制规则；S104)对模糊变量进行反模糊化处理。6.根据权利要求5所述的一种基于模糊控制的混合能源系统实时负荷分配方法，其特征在于，所述的S101)模糊化处理具体为：将系统总功率P
load
和燃料电池功率P
fc
划分为4个模糊集合：非常低VL，低L，中等M，高H；将锂离子电池的充电状态SOC划分为3个模糊集合：低L，中等M，高H。7.根据权利要求5所述的一种基于模糊控制的混合能源系统实时负荷分配方法，其特征在于，所述的S102)选取隶属度函数具体为：选择梯形隶属度函数如下：
由公式可得，确定参数a，b，c，d即可确定一个具体的隶属度函数，建立变量的隶属度函数具体如下：S201)总功率P
load
的隶属度函数在VL时为trapmf型，参数为[a
11
，b
11
，c
11
，d
11
]；在L时为trapmf型，参数为[a
12
，b
12
，c
12
，d
12
]；在M时为trapmf型，参数为[a
13
，b
13
，c
13
，d
13
]；在H时为trapmf型，参数为[a
14
，b
14
，c
14
，d
14
]；S202)充电状态SOC的隶属度函数在L时为trapmf型，参数为[a
21
，b
21...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，艾春美，邱文俊，冯波，董昕昕，丁喆，邹建春，李实，孙立，
申请(专利权)人：上海明华电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：