近年來，隨著各種發(fā)電技術(shù)的不斷成熟，居民的日常生活用電、工廠企業(yè)的大規(guī)模用電等得到了很好地保證，但由于用電時(shí)間及用電需求量的不一致，導(dǎo)致電能供給不平衡，從而造成部分電能的浪費(fèi)，因此電力系統(tǒng)的電能存儲(chǔ)成為廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)。

目前已經(jīng)設(shè)計(jì)出許多類型的電能存儲(chǔ)系統(tǒng)，如電池儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能及抽水儲(chǔ)能等。相比于其他儲(chǔ)能方式，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（Battery Energy Storage System, BESS）以其安全性、技術(shù)成熟、安裝便捷和無污染等優(yōu)點(diǎn)更適合在電力系統(tǒng)中應(yīng)用。

例如，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，BESS可以削減發(fā)電功率的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量遷移，提供電力輔助電源；在風(fēng)電系統(tǒng)中，BESS可以實(shí)現(xiàn)削峰填谷，穩(wěn)定風(fēng)電輸出；在居民用電方面，BESS可以減少電費(fèi)支出并保證供電連續(xù)性。因此，BESS的控制問題顯得十分重要。

針對(duì)這一問題，國內(nèi)外展開了廣泛研究。文獻(xiàn)[11]利用模型預(yù)測(cè)算法，通過鋰電池模型實(shí)現(xiàn)了BESS的電池充電再分配，從而對(duì)由預(yù)測(cè)誤差引起的功率損失進(jìn)行補(bǔ)償；文獻(xiàn)[12]將最優(yōu)控制方法應(yīng)用到光伏發(fā)電系統(tǒng)中的BESS上，以此削減發(fā)電過程中產(chǎn)生的能量波動(dòng)，并且從調(diào)峰中獲取收益；文獻(xiàn)[13]采用基于模糊邏輯的協(xié)調(diào)控制器對(duì)BESS進(jìn)行控制，使并網(wǎng)運(yùn)行的微電網(wǎng)公共耦合點(diǎn)的有功功率最小化；文獻(xiàn)[14]提出多功能控制策略，對(duì)BESS中的并聯(lián)逆變器采用滯環(huán)比較跟蹤控制，對(duì)串聯(lián)逆變器采用電壓電流雙閉環(huán)控制，從而維持微電網(wǎng)的功率平衡。

這些方法都能夠有效地控制BESS，實(shí)現(xiàn)其特定功能。但其中大多數(shù)都需要建立系統(tǒng)具體的數(shù)學(xué)模型，而在復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型一般較難建立，且進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)的過程也比較復(fù)雜，所以這些方法的適用范圍受到限制。

針對(duì)數(shù)學(xué)模型未知或較復(fù)雜的系統(tǒng)，本文提出了一種無模型自適應(yīng)積分滑模控制（Mode-Free Adaptive Integral Sliding Mode Control, MFA-ISMC）策略。作為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的控制方法之一，無模型自適應(yīng)控制已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。

與傳統(tǒng)的控制方法相比，該方法在離散時(shí)間非線性系統(tǒng)上的控制效果更為突出，它不需要得到系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，僅需要輸入輸出數(shù)據(jù)便可實(shí)現(xiàn)控制。該方法通過偽偏導(dǎo)數(shù)將非線性系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)線性化，得到等價(jià)的線性模型。在利用系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)估計(jì)出偽偏導(dǎo)數(shù)后，便可建立自適應(yīng)控制律。

在其基礎(chǔ)上，本文引入了積分滑模控制（Sliding Mode Control, SMC），SMC可以根據(jù)系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)（如誤差及其導(dǎo)數(shù)）連續(xù)并且有目的地改變，從而迫使系統(tǒng)按照預(yù)定的滑動(dòng)模式的狀態(tài)軌跡運(yùn)動(dòng)。由于滑模面的設(shè)計(jì)與對(duì)象參數(shù)及擾動(dòng)無關(guān)，所以具有響應(yīng)速度快、對(duì)參數(shù)變化和擾動(dòng)不敏感、物理實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

本文將兩種控制方法相結(jié)合，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了具體證明，最后將控制器加入并集成于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的BESS中，通過仿真并與MFAC控制方法對(duì)比，驗(yàn)證了所提控制方法的有效性。

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

結(jié)論

本文針對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理問題，提出了一種無模型自適應(yīng)積分滑模控制方法。對(duì)于電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，建立了電路拓?fù)洳⒎治隽似鋽?shù)學(xué)模型。然后通過自適應(yīng)觀測(cè)器對(duì)偽偏導(dǎo)數(shù)進(jìn)行估計(jì)，并補(bǔ)充了重置算法以增強(qiáng)其對(duì)時(shí)變參數(shù)的跟蹤能力。然后通過設(shè)計(jì)積分滑模面以及反饋控制和等效控制，在控制算法中增加了補(bǔ)償信號(hào)來解決積分飽和與執(zhí)行器飽和的問題，并對(duì)該算法進(jìn)行了穩(wěn)定性證明。

最后以光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的BESS為控制對(duì)象，通過仿真分析，并且與MFAC控制器對(duì)比，驗(yàn)證了所提控制方法的有效性和優(yōu)越性。

后期工作將著力于研究效率更高的儲(chǔ)能系統(tǒng)，并對(duì)自適應(yīng)積分滑模控制策略做進(jìn)一步改進(jìn)，以得到更好的控制效果。