PBC-PI级联控制: 燃料电池与超级电容在直流微电网中的功率优化

本文主要探讨了独立直流微电网中燃料电池(Fuel Cell, FC)与超级电容(SuperCapacitor, SC)的功率协调控制问题，面对直流微电网的复杂性和非线性特性，传统的PI控制方法存在局限性。针对这一挑战，文章提出了一种创新的控制策略——无源控制(Passivity-Based Control, PBC)与PI控制的级联(PBC-PI)方案。 首先，作者构建了一个端口受控哈密顿(Port-Controlled Hamiltonian, PCH)模型来描述系统的动态行为，PBC控制器在此基础上设计，其核心思想是从能量角度出发，确保系统的能量传递是负的，从而实现系统的渐近稳定性。这种方法有效地处理了直流母线电压的稳定问题，尤其是在分布式电源和储能装置之间功率协调时。 然而，PBC控制可能会受到系统参数扰动的影响，导致稳态误差。为了解决这个问题，作者引入了外环PI控制器，它能够补偿因参数变化引起的误差，增强闭环系统的鲁棒性。PI控制器的作用在于通过调节直流母线电压，确保微电网在不同参数条件下也能保持良好的性能。 文中提到，尽管非线性控制策略如滑模控制和微分平滑理论在功率平衡和母线电压控制方面表现出色，但它们忽视了系统的能量特性和物理结构特性，而PBC方法则能够更全面地考虑这些因素。通过PBC-PI级联，论文旨在优化微电网的功率分配，提升其整体性能，并增强其在实际应用中的适应性和稳定性。 总结来说，本文的贡献在于提出了一种有效的混合控制策略，它结合了PBC的稳健能量管理与PI控制的参数补偿能力，为独立直流微电网中燃料电池与超级电容的协同工作提供了强有力的支持。通过仿真结果，证明了该控制策略在保持功率平衡、稳定直流母线电压以及提高系统鲁棒性方面的有效性，为直流微电网的高效运行和扩展应用提供了新的理论依据和技术手段。