Удосконалена структура пасивного керування гібридною акумуляторно-суперконденсаторною системою зберігання енергії

Анотація

Системи зберігання електричної енергії є актуальним сучасним напрямком досліджень, зумовленим стрімким розвитком відновлюваної енергетики та електромобілебудування. Через відсутність на даний час джерела чи нагромаджувача електроенергії з високими питомими показниками енергії та потужності, його замінюють гібридними системами зберігання електричної енергії, які складаються з окремих джерел, що доповнюють одне одного. Серед них комбінація електрохімічна акумуляторна батарея – суперконденсаторний блок є найбільш поширеною. У роботі розглядається її активна конфігурація, у якій обидва джерела підключені до вихідної мережі через двонапрямлені імпульсні перетворювачі постійної напруги. Досліджувана гібридна акумуляторно-суперконденсаторна система є нелінійною динамічною системою з багатьма входами і багатьма виходами та двома каналами керування, робота якої описана п'ятьма диференціальними рівняннями. Для вирішення задачі синтезу стабільної та ефективної системи керування для такого об’єкта у роботі застосовано енергетичний підхід, а саме енергоформуюче керування. Для цього досліджувана система математично описана як гамільтонова система з керованими портами, причому порівняно два описи з різними варіантами вибору базового вектора стану системи. Структурний синтез системи пасивного керування проводився за методом формування взаємозв’язків та введення демпфувань. На основі сформованої для досліджуваної системи стратегії енергетичного менеджменту за допомогою розробленої в середовищі MathCad комп’ютерної програми були досліджені усі можливі варіанти введення енергетичних взаємозв’язків та демпфувань у систему пасивного керування. Дієвість отриманих структур формувачів керуючих впливів на досліджувану динамічну систему вивчалася шляхом комп’ютерного симулювання в середовищі Matlab/Simulink. За результатами дослідження сформовано за принципом суперпозиції варіант формувачів керуючих впливів з найкращою комбінацією введених взаємозв’язків та демпфувань. Для стабілізації заданих стратегією керування значень напруг вихідної мережі та суперконденсаторного блока додатково застосовано пропорційноінтегральний регулятор напруги, а для обмеження допустимого струму акумуляторної батареї – ковзний регулятор між двома структурами пасивного керування. Результати комп’ютерного симулювання показали повне виконання завдань стратегії енергетичного менеджменту, зокрема плавне наростання та обмеження струму акумуляторної батареї.