基于ADRC-PI双闭环的热电储能系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于ADRC

【技术实现步骤摘要】
基于ADRC
‑
PI双闭环的热电储能系统及控制方法


[0001]本专利技术属于热电储能领域，具体涉及一种基于ADRC
‑
PI双闭环的热电储能系统及控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国相关部门积极推广余热回收利用技术，鼓励企业开展余热回收利用工作，加大政策和经济支持力度，提高利用效率。目前一些工业企业和城市热电厂已经开始大规模开展余热回收利用工作，取得了显著成效。总的来说，我国的余热废热情况现状仍有很大的改善空间，需要在技术、政策等多个方面继续加大力度，促进余热回收利用的发展。
[0003]热电储能技术是一种利用温度差异产生电能并存储利用的技术。温差发电技术的原理是基于热电效应，即当两个不同材料的接触处存在温度差异时，将会产生电压。这个电压差可以用来产生电流并驱动外部电路，从而产生电能。温差发电技术具有很多优点，例如不需要燃料，没有排放物，可靠性高，寿命长等。因此它被广泛应用于一些需要长期可靠性和低功率的应用，如航空航天、微型电子设备等领域。
[0004]热电储能可以用于将余热以及工业废热等转化成电力资源使用，并将多余的电能储存起来，然后在需要时释放出来供应给电网或其他设备使用。它可以作为可再生能源系统的一部分，提供稳定的电力供应，并减少对传统能源的依赖。然而，目前通过温差发电技术将废热转换电能之后的能源损耗较大，主要是热电器件的转化效率低以及转化时温度的波动导致转化出的电能的波动导致在电能传输存储时损耗较大。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于ADRC
‑
PI双闭环的热电储能系统及控制方法，解决了现有技术中热电储能系统余热浪费以及波动影响导致传输损耗大的问题。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0007]一种基于ADRC
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PI双闭环的热电储能系统，包括温差发电单元，超级电容储能单元、功率检测单元、ADRC
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PI计算控制单元、DC
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DC充电单元；其中，所述温差发电单元粘接至热源端外壳表面，再与功率计算单元和DC
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DC充电单元连接构成温差发电部分；
[0008]功率检测单元用于检测温差发电单元的输入功率以及DC
‑
DC充电单元的输出功率，与ADRC
‑
PI计算控制单元进行连接，将采集到的电压电流信号传输至ADRC
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PI计算单元进行控制计算，根据计算结果控制DC
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DC充电单元按照相应的电压电流控制信号频率对超级电容储能单元进行充电；
[0009]所述电流信号反馈至ADRC
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PI计算单元形成PI电流内环控制；电压信号反馈至ADRC
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PI计算单元形成ADRC电压外环控制。
[0010]所述温差发电单元包括多个同型号功率热电器件，热端连接至热源端表面，另一端通过水浴循环控制将冷端温度控制恒温状态，再将多个热电器件进行串联连接输出。
[0011]所述的功率检测单元由电流电压功率检测芯片、分压采样电阻以及滤波电容组成。
[0012]所述ADRC
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PI计算控制单元由单片机进行计算控制；其中计算控制内容包括ADRC的TD跟踪微分器对温差发电输入电压信号的跟踪拟合过度过程、线性扩张观测器对整个系统的反馈误差观测过程和误差反馈信号非线性组合输出过程以及PI电流环的控制输出过程。
[0013]所述DC
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DC充电单元包括两个NMOS组成的半H桥控制电路、电容电感组成的LC谐振电路、驱动控制芯片组成的充电控制电路以及电容滤波电路。
[0014]所述超级电容储能单元包括多个超级电容进行串联连接形成的用于电能存储的超级电容模组，以及由电容和电阻组成的超级电容模组均压电路。
[0015]基于ADRC
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PI双闭环的热电储能系统的控制方法，包括如下步骤：
[0016]步骤1、将热电器件热端贴合至热源表面，冷端通过恒温水浴控制其温度为设定值，利用热电器件的热电效应将余热转化成电能输出；
[0017]步骤2、通过电压电流监测得出热电器件端的输出电流电压功率以及超级电容储能端的实时电压数据；
[0018]步骤3、将所采集到的热电器件输出电流电压以及超级电容储能端的实时电压数据传输至单片机进行数据处理；
[0019]步骤4、单片机处理器获取到采集到的超级电容模组数据以及系统电能的输入状态，计算出最佳的充电电流；
[0020]步骤5、采集当前充电电流与计算出的期望最佳充电电流，利用PI控制算法实现电流闭环，通过PI控制算法计算得出当前的需要控制输出的期望控制电压；
[0021]步骤6、单片机处理器利用ADRC算法中的TD跟踪微分器对热电器件的输入电流电压信号进行数据跟踪以及微分信号的采集；
[0022]步骤7、根据检测单元检测出的热电输入功率和电压以及超级电容的电能状态进行计算得出最佳的期望充电功率和期望充电电压，进行双闭环充电控制。
[0023]所述步骤7中，利用ADRC算法中的线性扩张观测器对整个系统状态观测得出的系统反馈误差，再将包括但不限于输入功率、电压、期望功率、期望电压、反馈总误差的各项数据进行非线性组合，计算得出当前控制DC
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DC充电电路的最佳的PWM控制信号，实现ADRC
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PI双闭环充电控制。
[0024]所述系统反馈误差的计算方法如下：
[0025]状态观测器估计系统实际状态，与测量的真实值进行对比输出系统误差；通过估计观测系统状态与实际值最终将系统误差拟合成一个系统反馈误差总值。
[0026]所述误差来源包括但不限于DC
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DC充电单元充电控制精度不足、线路电能传递损耗。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0028]1、本专利技术的一种基于ADRC
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PI双闭环的热电储能系统，以PI电流环对充电电流进行精确控制作为内环，利用ADRC控制电压环作为外环，对温差发电的波动电压状况进行跟踪拟合输出，大大降低外界温度波动对系统造成的影响。
[0029]2、本专利技术的一种基于ADRC
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PI双闭环的热电储能系统，能够实时高精度监控温差
发电端的输入以及超级电容储能组的容量状态，实现最佳的热电储能控制。
[0030]3、本专利技术的一种基于ADRC
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PI双闭环的热电储能系统，抗干扰能力强，热电转化储能效果好，适用性强，适用范围广。
附图说明
[0031]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。
[0032]图1为本专利技术的热电储能系统框架示意图；
[0033]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ADRC
‑
PI双闭环的热电储能系统，其特征在于：包括温差发电单元，超级电容储能单元、功率检测单元、ADRC
‑
PI计算控制单元、DC
‑
DC充电单元；其中，所述温差发电单元粘接至热源端外壳表面，再与功率计算单元和DC
‑
DC充电单元连接构成温差发电部分；功率检测单元用于检测DC
‑
DC充电单元的输出功率，与ADRC
‑
PI计算控制单元进行连接，将采集到的电压电流信号传输至ADRC
‑
PI计算单元进行控制计算，根据计算结果控制DC
‑
DC充电单元按照相应的电压电流对超级电容储能单元进行充电；所述电流信号反馈至ADRC
‑
PI计算单元形成PI电流内环控制；电压信号反馈至ADRC
‑
PI计算单元形成ADRC电压外环控制。2.根据权利要求1所述的基于ADRC
‑
PI双闭环的热电储能系统，其特征在于：所述温差发电单元包括多个同型号功率热电器件，热端连接至热源端表面，另一端通过水浴循环控制将冷端温度控制恒温状态，再将多个热电器件进行串联连接输出。3.根据权利要求1所述的基于ADRC
‑
PI双闭环的热电储能系统，其特征在于：所述的功率检测单元由电流电压功率检测芯片、分压采样电阻以及滤波电容组成。4.根据权利要求1所述的基于ADRC
‑
PI双闭环的热电储能系统，其特征在于：所述ADRC
‑
PI计算控制单元由单片机进行计算控制；其中计算控制内容包括ADRC的TD跟踪微分器对温差发电输入电压信号的跟踪拟合过度过程、线性扩张观测器对整个系统的反馈误差观测过程和误差反馈信号非线性组合输出过程以及PI电流环的控制输出过程。5.根据权利要求1所述的基于ADRC
‑
PI双闭环的热电储能系统，其特征在于：所述DC
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DC充电单元包括两个NMOS组成的半H桥控制电路、电容电感组成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张平，罗政，宋海龙，白玉潭，马伟，盛江，梁永湖，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：