艦船綜合電力系統(tǒng)的多混合儲能協(xié)同控制方法

李灝，張彥，付立軍，朱琬璐

海軍工程大學 艦船綜合電力技術國防科技重點實驗室，湖北 武漢 430033

0 引 言

作為綜合電力系統(tǒng)的六大功能模塊之一，儲能裝置在提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、連續(xù)性和供電生命力，減小電網(wǎng)電壓波動，改善供電品質，為電力推進設備提供短時應急供電等方面具有突出的優(yōu)勢。在艦船綜合電力系統(tǒng)中，因海況等自然因素以及高能負載投入所產(chǎn)生的直流母線電壓波動問題，均可通過部署儲能系統(tǒng)予以緩解[1]。

根據(jù)能量密度和功率密度，現(xiàn)有的儲能技術可以分為能量型儲能和功率型儲能2 種。其中能量型儲能主要包括鋰電池儲能、鉛酸蓄電池儲能等，其優(yōu)點是能量密度大、儲能時間長，但存在功率密度低、循環(huán)次數(shù)少等缺點；功率型儲能主要包括超級電容儲能、飛輪儲能等，優(yōu)點是功率密度大、循環(huán)次數(shù)多，但存在能量密度小、儲能時間短等缺點。由此可見，2 種儲能技術的互補性較強，如果復合使用，既可滿足艦船綜合電力系統(tǒng)的瞬時大功率需求，又能保證長時間持續(xù)的能量供給[2-4]。鑒于船舶狹小空間的限制，以及實際的能量供應需求和技術狀態(tài)，多混合儲能系統(tǒng)（hybrid energy storage system，HESS）分布式部署方案應運而生，其中每個儲能系統(tǒng)都包含有超級電容功率型儲能單元和電池能量型儲能單元。該方案既可提高儲能系統(tǒng)接入的靈活性，又可避免集中儲能單元因使用大容量儲能變流器而導致的成本劇增和運行可靠性等問題。

對于單個HESS 的功率分配問題，目前的主流處理方式包括2 種：基于濾波的頻率分配法和基于荷電狀態(tài)（state of charge，SOC）的功率調節(jié)法?；跒V波的頻率分配法主要包括低通濾波法[5]、滑動平均濾波法[6]、小波分解法[7]、卡爾曼濾波法[8]、虛擬慣性控制法[9-10]和虛擬電容控制法[11]，其主要思想是利用超級電容儲能來補償高頻的瞬時功率不足，利用電池儲能來提供持續(xù)的低頻能量供應，從而充分發(fā)揮超級電容和電池儲能各自的優(yōu)勢，但這類方法需要通過不斷調整濾波時間常數(shù)來保證兩者時刻處于安全的SOC 運行區(qū)間。基于SOC 的功率調節(jié)法并不會對超級電容儲能和電池儲能采用不同的控制模型，其主要通過檢測超級電容的SOC 并調節(jié)超級電容儲能與電池儲能之間的功率分配關系[12]來實現(xiàn)系統(tǒng)功率平衡。Xu 等[13]融合使用了這2 種方法，既保證了不同類型儲能按照不同的特性需求出力，又保證了各自運行于安全的SOC 區(qū)間內。

然而，上述成果的主要研究對象為單個HESS，尚未應用于多個HESS。當多個HESS 共同為負載供電時，不僅需研究單個HESS 內部不同儲能介質之間的功率分配，還需要考慮不同HESS 之間的功率分配。陳景文等[14]針對直流微電網(wǎng)的多電池儲能系統(tǒng)，提出了SOC-I 下垂控制方法，用于調節(jié)SOC 的均衡運行，但由于下垂控制的底層控制時間間隔很小，而SOC 的測量時間尺度較大，因此該方法對SOC 的實時控制效果較弱；此外，對于容量較小的儲能系統(tǒng)而言，易造成SOC 越限、母線電壓偏差等問題。何小良等[15]將整個系統(tǒng)分為了多個工作模式，但集中式控制方法難以實現(xiàn)分布式控制，且需要較多的通信支持，導致其可靠性較差；同時，當系統(tǒng)靜負荷頻繁波動時，工作模式的反復切換易導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。上述文獻的主要研究對象為同一介質、同一特性的多個儲能單元協(xié)同控制，而針對多HESS，周建宇等[16]提出了基于一致性理論的直流微電網(wǎng)多HESS 協(xié)同控制策略，利用一致性理論，即可恢復因下垂控制而導致的各端口電壓降，從而使直流母線電壓的各節(jié)點盡量保持一致，以及各個HESS 的總輸出功率趨于一致；然而，該文主要聚焦于二次電壓調節(jié)，并未分析因SOC 不一致所帶來的影響。

針對綜合電力系統(tǒng)的儲能配置需求和現(xiàn)有控制策略的不足，本文擬提出考慮SOC 的多HESS分層動態(tài)協(xié)調控制策略：在多HESS 控制層，各個HESS 依據(jù)其電池的當前SOC 值，通過參考電壓調節(jié)模型的獨立決策并動態(tài)調節(jié)其HESS 的總輸出功率，而功率不足則由其他HESS 單元承擔；在單個HESS 控制層，根據(jù)超級電容的當前SOC值，采用分段線性調節(jié)算法動態(tài)調節(jié)其充、放電功率，以滿足超級電容的優(yōu)先響應功率突變，而電池儲能則提供持續(xù)的能量輸出，以減小對高、低通濾波器的預處理需求。并將基于PSCAD/EMTDC 仿真平臺對該控制策略進行仿真分析，以驗證單個HESS 的蓄電池和超級電容器一直工作在SOC 安全運行區(qū)間內，且可保持多組HESS之間的分散式動態(tài)協(xié)調，從而使多HESS 始終處于SOC 安全運行區(qū)間內。

1 系統(tǒng)建模

1.1 艦船綜合電力系統(tǒng)及混合儲能建模

典型的艦船綜合電力系統(tǒng)結構如圖1 所示，燃氣輪機多相整流發(fā)電機組和柴油機多相整流發(fā)電機組作為系統(tǒng)主電源，連接至中壓直流母線，為推進電機、高功率脈沖負載和常規(guī)負載供電。由于海洋環(huán)境多變所導致的螺旋槳出水或其他情況，將使得推進電機負載存在大功率瞬時突變；同時，高功率脈沖負載也存在瞬時大功率需求，故常規(guī)發(fā)電機組難以滿足電力系統(tǒng)的瞬時功率需求，最終將導致直流母線電壓大幅波動。為了保證綜合電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，應配置以超級電容為功率型儲能、電池為能量型儲能的混合儲能系統(tǒng)。同時，由于水面艦船的內部空間較為狹小，所以一般采用分布式布置方案，即各HESS子系統(tǒng)分別布置在各個艙室，共同為系統(tǒng)負載供電。

圖 1 典型艦船綜合電力系統(tǒng)的結構圖Fig. 1 Structure diagram of typical vessel integrated power system

綜合電力系統(tǒng)的功率關系如下：

式中，PGen為傳統(tǒng)發(fā)電機組的發(fā)電功率；PHESS為多組混合儲能系統(tǒng)的總功率；PLoad為負載總功率，包括常規(guī)日用負載、推進負載和高功率脈沖負載的功率。

當艦船綜合電力系統(tǒng)離岸運行時，儲能系統(tǒng)將主要負責補償PGen和PLoad之間的功率不平衡，從而維持穩(wěn)定的直流母線電壓。當開展系統(tǒng)分析計算時，可以將發(fā)電機組和含電力電子設備接入的負載等效為一個可控電流源[17]，該電流源可正可負：為正時，表示傳統(tǒng)發(fā)電機組的發(fā)電功率大于負載的需求功率，一般為負載突卸或螺旋槳出水工況；為負時，表示負載需求大于發(fā)電機組的發(fā)電功率，一般為高功率脈沖負載運行瞬間或負載突增工況。

由于本文的研究重點是多HESS 協(xié)同控制策略，為了更加聚焦，本文將電力系統(tǒng)中的電源、負載等進行了聚合處理，并將其視為可控電流源。因此，圖1 可以簡化為僅含HESS 和可控電流源的結構，如圖2 所示，其中電池儲能采用了文獻[18]的通用等效模型，超級電容采用了文獻[19]的一階RC 模型。圖2 中，連接儲能單元的變換器為雙向Buck-Boost 變換器，具有能量雙向流動的功能，其中：Udc為直流母線電壓，Ub，Usc和 Rb，Rsc分別為鋰電池和超級電容的內部電壓與電阻；Cb，Csc和Lb，Lsc分別為鋰電池側和超級電容側變換器的濾波電容與電感，Rlb和Rlsc為相應的電感內阻；Cdcb和Cdcsc分別為鋰電池和超級電容母線側變換器的濾波電容；iib和iisc分別為鋰電池和超級電容的輸出電流；iob和iosc分別為鋰電池端和超級電容端的變換器輸出電流；io為母線電流；im為負載電流；Co為母線穩(wěn)壓電容；S1～S4為功率管。

圖 2 混合儲能系統(tǒng)的拓撲結構Fig. 2 Topology structure of hybrid energy storage system

1.2 多 HESS 協(xié)同控制架構

鑒于儲能系統(tǒng)的分布式布置方案，為了提高控制效率，本文將采用多HESS 協(xié)同控制分層架構，如圖 3 所示。圖中，Pscn和 Pbn分別為第 n 個混合儲能單元內超級電容與鋰電池的輸出功率。

圖 3 控制方案的總體架構圖Fig. 3 Overall architecture diagram of control scheme

1） 第 1 層為單個HESS 內部的功率分配層。該層的主要功能是根據(jù)HESS 的功率指令，在超級電容儲能與電池儲能單元之間進行合理分配，不僅要保證供能需求，還要使各儲能單元運行于安全SOC 區(qū)間，從而提高各儲能單元的使用壽命。該層主要包括下垂控制模塊、傳統(tǒng)內環(huán)穩(wěn)壓控制模塊、考慮超級電容電壓或SOC 的HESS內部功率再分配模塊等。鑒于單個HESS 內部超級電容儲能與電池儲能的部署位置較為靠近，所以單個HESS 內部的功率分配層將采用主從控制模式，且在超級電容儲能與電池儲能之間配置低帶寬通信網(wǎng)絡。

2） 第2 層為多HESS 之間的功率分配層。該層的主要功能是監(jiān)測各HESS 電池儲能的SOC，并根據(jù)各HESS 的剩余可用能量進行功率再分配。鑒于多個HESS 之間的部署距離較遠，而采用集中式控制方式對通信帶寬和通信網(wǎng)絡的要求太高，所以本層將采用分散式控制方式，即多HESS 之間不進行通信，僅以直流母線電壓作為共同控制信號。

1.3 單個 HESS 控制建模

為了減少各HESS 之間的通信需求，其控制外環(huán)將采用下垂控制方法來實現(xiàn)功率的初始分配，而內環(huán)穩(wěn)壓控制則采用主從控制模式。圖4所示為單個HESS 的控制結構框圖，超級電容作為穩(wěn)壓主電源工作于電壓源模式，而電池則工作于電流源模式，用以為超級電容提供能量支撐。其中，電池提供的功率由基于超級電容SOC 的功率分配模塊決定，而限制器的作用是防止參考電流超過變換器的最大工作電流。

圖 4 單個HESS 的控制結構框圖Fig. 4 Block diagram of a HESS

圖 4 中：UrefN，Ubus分別為直流母線的參考電壓和實際電壓；Iref_sci，isci分別為第 i 個 HESS 超級電容的參考電流和實際輸出電流，其中 i=1, 2,···, n；Vbat_soc_adj為基于鋰電池SOC 的單個HESS 的總輸出參考電壓調節(jié)量；ISC_soc_ref為基于超級電容SOC的功率分配模塊計算得到的電池輸出參考電流；Iref_bi，ibi分別為第 i 個 HESS 鋰電池的參考電流和實際輸出電流；dbi和dsci分別為鋰電池和超級電容相應的DC/DC 變換器控制信號；iDCi為第i 個HESS 的DC/DC 變換器母線端輸出電流之和，其計算公式為

式中：iDCbi和 iDCsci分別為第 i 個 HESS 鋰電池和超級電容的DC/DC 變換器母線端輸出電流。

1.3.1 外環(huán)下垂控制

V-I 下垂控制是目前廣泛應用的一種分散式控制方法，僅利用本地信息即可實現(xiàn)分布式電源之間的協(xié)調控制，可靠性強，不易受到通信的影響。因此，為最大程度地實現(xiàn)各個HESS 的自治控制，并增強系統(tǒng)可靠性和“即插即用”能力，本文將采用下垂控制方式實現(xiàn)各個HESS 的功率分配。

V-I 下垂控制的計算公式為

式中：Uref為下垂控制修正之后的DC/DC 輸出電壓給定值；kv為下垂系數(shù)；io為母線實際電流。

其中，

式中：Uomin為直流母線電壓的穩(wěn)態(tài)最低值；Iomax為DC/DC 允許輸出的最大電流值。

對于采用V-I 下垂控制方法的多個DC/DC 變換器（忽略線路阻抗），其輸出電流關系如式（5）所示。由此可見，穩(wěn)態(tài)時各DC/DC 變換器的輸出電流ioi與下垂系數(shù)kvi成反比。

1.3.2 內環(huán)穩(wěn)壓控制

超級電容作為電壓源，其控制結構包含下垂控制外環(huán)和電壓電流雙閉環(huán)，如圖5 所示，其中Iref_sc，isc分別為超級電容的參考電流和實際輸出電流。

圖 5 超級電容控制結構圖Fig. 5 Control structure diagram of super-capacitor

鋰電池儲能作為電流源的主要功能是采用電流環(huán)跟隨功率分配控制器的電流指令，其控制結構較為簡單，如圖6 所示，其中ib為鋰電池的實際輸出電流。

圖 6 鋰電池控制結構圖Fig. 6 Control structure diagram of lithium battery

1.3.3 基于超級電容SOC 的HESS 協(xié)同功率分配

為了避免電池儲能裝置過充、過放以及頻繁充放電，本文將采用基于SOC 分層的自適應控制策略。根據(jù)超級電容儲能單元的SOC 水平，將其劃分為圖7 所示的不同運行區(qū)間，通過對不同區(qū)間設計不同的函數(shù)表達形式，實現(xiàn)不同SOC 水平下的儲能單元充、放電控制。圖7 中：SOCsc_max，SOCsc_min，SOCsc_high，SOCsc_low分別為超級電容允許的最大荷電狀態(tài)、最小荷電狀態(tài)、充電限制荷電狀態(tài)門限值及放電限制荷電狀態(tài)門限值。在一階RC 超級電容模型中，由于超級電容SOC 與其電壓之間的關聯(lián)較為緊密，且超級電容端的電壓檢測相對容易，故對于超級電容而言，可以認為檢測端電壓與檢測SOC 的效果相同。

圖 7 儲能單元的SOC 狀態(tài)限制分類Fig. 7 SOC restriction classification of energy storage

當超級電容儲能單元位于自由充、放電區(qū)域時，電池儲能單元為備用狀態(tài)。當超級電容儲能單元位于充/放電限制區(qū)域時，其充/放電功率將會受到限制；同時，當接近充電門限值SOCsc_high和放電門限值SOCsc_low時，充/放電的功率限制將逐漸嚴苛，直至不允許充/放電為止，而其不足的功率將由電池儲能提供。

與基于SOC 分層的自適應控制策略相對應，基于超級電容SOC 功率分配模塊的數(shù)學模型為

式中，SOCsc為超級電容的荷電狀態(tài)值。

通過檢測母線電壓與空載額定母線電壓的偏差值，即可明確充、放電狀態(tài) Vdif：如果 Vdif＞0，即表示儲能單元處于充電狀態(tài)；如果Vdif＜0，則表示儲能單元處于放電狀態(tài)。其中：

經(jīng)過功率分配調節(jié)之后，超級電容和鋰電池的參考電流Iref_sc*和Iref_b*分別為

2 基于電池 SOC 的多 HESS 協(xié)同功率分配

多HESS 協(xié)同控制應實現(xiàn)以下目標：1）無論初始接入的儲能容量、SOC 水平、變流器功率等是否相同，必須保證接入電網(wǎng)的所有儲能單元不過充、不過放；2）保證不同SOC 可用區(qū)間的儲能單元公平地參與系統(tǒng)協(xié)調控制，即各儲能單元的實際充放電電流應綜合考慮其變流器能力、儲能可用SOC 范圍等因素。

在艦船綜合電力系統(tǒng)中，受艙室空間的限制，各HESS 的容量規(guī)模不一定完全相同，因此有必要在充、放電過程中對各HESS 進行動態(tài)功率調節(jié)。HESS 的主要能量由電池儲能提供，而超級電容的能量則由電池儲能進行動態(tài)補充，故可認為電池儲能SOC 即為HESS 的SOC。因此，為了充分發(fā)揮各HESS 的能力，提高其循環(huán)使用壽命，本文將在多HESS 協(xié)同控制層也采用基于SOC分層的自適應控制策略，具體過程如圖8 所示。圖中：SOCbat為鋰電池荷電狀態(tài)；SOCbat_max，SOCbat_min，SOCbat_high，SOCbat_low分別為電池儲能允許的最大荷電狀態(tài)、最小荷電狀態(tài)、充電限制荷電狀態(tài)門限值及放電限制荷電狀態(tài)門限值。該模型較為簡單，各模式之間的切換較為順暢，且不會因切換動作而導致母線電壓的波動。

圖 8 分段線性化調節(jié)模型Fig. 8 Piecewise linearization adjustment model

與基于SOC 分層的自適應控制策略相對應，基于電池SOC 功率分配模塊的數(shù)學模型為

式中，K 為比例放大增益，由變換器的最大功率和系統(tǒng)對其調節(jié)能力的具體要求而定，一般為母線電壓允許的可調電壓范圍。

基于安時積分法，即可計算電池的荷電狀態(tài)值：

式中：SOCb為實時荷電狀態(tài)；SOCb0為初始荷電狀態(tài)；T 為總運行時間；μ為充放電效率；t 為積分時間變量。

3 仿真分析

基于PSCAD/EMTDC 仿真平臺，在圖2 所示系統(tǒng)拓撲結構中的同一直流母線上布置2 個HESS，每個HESS 包含 1 組超級電容和 1 組鋰電池，系統(tǒng)負載為可控電流源，具體參數(shù)如表1 所示。需注意的是，為了能在短時的仿真分析中看出效果，表1 中并未體現(xiàn)超級電容和鋰電池在儲能方面的巨大差距，但在實際應用中，電池儲能的容量一般為兆瓦時級，而超級電容儲能一般不大于10 kWh 級。由于超級電容的壽命更長、充放電范圍更大，但儲能容量較小，為防止超級電容在短時間內過充/過放而鋰電池卻來不及反應，所以本文設定超級電容的自由充放電區(qū)域小于鋰電池。在仿真過程中，超級電容和鋰電池的最小荷電狀態(tài)、最大荷電狀態(tài)、放電限制荷電狀態(tài)門限值、充電限制荷電狀態(tài)門限值分別設為50%，75%，57%，62%和53%，70%，57%，65%（該數(shù)據(jù)僅可在短時仿真中驗證本文控制策略的有效性，若要獲取具有實用性的參考數(shù)據(jù)，則應將充、放電限定區(qū)域予以適當放大）。為了檢驗本文所提策略的可行性，將傳統(tǒng)的低通濾波法作為對照組進行了比較。

表 1 仿真參數(shù)Table 1 The simulation parameters

3.1 工況1：艦船高能負載投切

該工況旨在模擬分布式多HESS 在應對艦船高能負載投切時的響應，其負載曲線如圖9 所示：第 10 s 時，高能負載 A 投入，負載電流突變至 125 A；第 25 s 時，高能負載 A 切出；第 50 s 時，高能負載 B投入，負載電流突變至150 A。

圖 9 負載曲線（高能負載）Fig. 9 Load curve (high energy load)

圖10 所示為母線電壓的仿真結果。由圖10可以看出，2 種控制方法都可以較好地應對高能負載投切所導致的母線電壓偏移，即兩者對電壓波動的穩(wěn)定能力沒有明顯差異。

圖 10 母線電壓（工況1）Fig. 10 Bus voltage (case 1)

圖11 所示為儲能單元SOC 的仿真結果，其中 SOCsc1，SOCsc2，SOCb1，SOCb2分別為 1，2 號超級電容和鋰電池的荷電狀態(tài)值。由圖11（a）可知，在傳統(tǒng)低通濾波法控制下，同一類型儲能單元SOC 將隨著HESS 的運行而逐漸發(fā)散，從而導致個別儲能單元的過充/過放，甚至提前退出運行，最終影響系統(tǒng)的調節(jié)能力和穩(wěn)定性。由圖11（b）可知，在基于超級電容SOC 的單個HESS 內部功率分配和HESS 之間功率均衡策略的作用下，同一類型儲能單元SOC 經(jīng)過自由充放電區(qū)域的發(fā)散之后，將在充放電限制區(qū)域中逐漸趨于一致，從而避免個別儲能單元的過充/過放。

圖 11 儲能單元SOC（工況1）Fig. 11 SOC of energy storage unit (case 1)

圖12 所示為儲能單元輸出功率的仿真結果，其中Psc和Pb分別為混合儲能單元中超級電容和鋰電池的輸出功率。由于鋰電池的循環(huán)壽命較低，故在滿足系統(tǒng)總體需求的前提下，應盡量降低鋰電池的充放電深度和工作模式變換次數(shù)，以延長其使用壽命。根據(jù)圖12（a）和圖12（b）的對比結果：在傳統(tǒng)低通濾波法控制下，鋰電池始終要承擔一部分功率，這將增加鋰電池的充放電深度；而本文以超級電容的SOC 作為控制指標，僅在超級電容可用容量不足的情況下才會調用鋰電池，故可有效延長鋰電池的使用壽命。

圖 12 儲能單元輸出功率（工況1）Fig. 12 The output power of an energy storage unit (case 1)

3.2 工況2：隨機波動

該工況旨在檢驗分布式多HESS 對隨機波動的響應能力。此處的隨機波動主要源自艦船的推進負載。在航行過程中波浪力的影響下，會出現(xiàn)較大的推力和功率缺失；同時，高速運轉的螺旋槳與水流之間的相互作用也會導致母線電壓的波動，而這種波動通常是隨機的。圖13～圖16 所示分別為負載的隨機波動曲線、母線電壓的變化曲線，以及超級電容和蓄電池儲能單元SOC 的變化情況及功率響應曲線。

圖 13 負載的隨機波動曲線Fig. 13 Random fluctuation curve of load

圖 14 母線電壓（工況2）Fig. 14 Bus voltage (case 2)

圖 15 儲能單元SOC（工況2）Fig. 15 SOC of energy storage unit (case 2)

圖 16 儲能單元輸出功率（工況2）Fig. 16 The output power of an energy storage unit (case 2)

從圖14 所示的母線電壓變化曲線可以看出，2 種控制方法的穩(wěn)壓能力差異不明顯。圖15 表明，本文控制方法可以使儲能單元的剩余容量基本趨于一致，從而保持多HESS 的調節(jié)穩(wěn)壓能力。由圖16 可知：低通濾波法將隨機波動分解為低頻和高頻部分，但在艦船實際航行過程中，低頻擾動相對于高頻擾動更為頻繁，這就表示鋰電池需要承擔更多的功率，最終將影響其使用壽命；而本文控制方法僅在超級電容能力不足時才調用鋰電池，且超級電容電壓不會突變，故其SOC的變化較為緩慢，這就使得以超級電容SOC 為出力指標的鋰電池輸出更加平滑，同時還能降低充放電模式的變換次數(shù)。

以上仿真結果主要檢驗了多HESS 的放電響應特性。但在艦船航行過程中，由于艦船動力系統(tǒng)的慣性，實際上其功率調節(jié)較為緩慢，往往會出現(xiàn)發(fā)電量大于用電量的問題，這就需要通過儲能來吸收這部分多余的電量。圖17～圖19 所示為多HESS 在充/放電結合環(huán)境下的響應特性。

圖 17 母線電壓（充/放電工況）Fig. 17 Bus voltage (charge and discharge conditions)

由圖17 可見，母線電壓在充/放電模式變換時產(chǎn)生了些許偏差，但總體仍處于2.5%的偏移允許范圍之內。由圖18 可見，在本文控制方法的調節(jié)下，超級電容SOC 控制在上限和下限之間，且基本維持了2 個超級電容單元SOC 的一致性。從圖19 中可以看出，無論是充電還是放電，鋰電池都只在超級電容受限時工作，這在保證多HESS 調節(jié)能力的同時，也延長了鋰電池的使用壽命。因此，本文控制方法在充/放電結合工況下也具有可行性。

圖 18 儲能單元SOC（充/放電工況）Fig. 18 SOC of energy storage unit (charge and discharge conditions)

圖 19 儲能單元輸出功率（充/放電工況）Fig. 19 The output power of an energy storage unit (charge and discharge conditions)

4 結 語

針對艦船綜合電力系統(tǒng)多混合儲能協(xié)同控制問題，本文提出了一種考慮SOC 的多HESS 分層動態(tài)協(xié)調控制策略和儲能單元SOC 分層控制算法。該方法擁有較好的母線電壓穩(wěn)定能力，相較于傳統(tǒng)低通濾波法，該方法可以依據(jù)不同儲能單元的自身容量配置來自適應調節(jié)各單元出力，以保證各儲能單元SOC 始終處于安全運行區(qū)間并保持相對一致，不會造成因個別單元過充/過放而提前退出運行，故可提高多HESS 的可靠性。同時，只有超級電容受限時才會調用鋰電池參與調節(jié)，這可降低鋰電池的充/放電深度和模式變換次數(shù)，故能有效延長鋰電池的使用壽命。此外，當各HESS 配置不相同時，本文控制方法仍然可以有效運行，故具有較強的魯棒性。