利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911330488.3 (22)申请日 2019.12.20 (71)申请人 江南大学 地址 214122 江苏省无锡市蠡湖大道1800 号 (72)发明人 许德智杨玮林夏岩毕恺韬 张伟明 (74)专利代理机构 苏州市中南伟业知识产权代 理事务所(普通合伙) 32257 代理人 郭磊 (51)Int.Cl. B60L 53/60(2019.01) B60L 53/51(2019.01) B60L 55/00(2019.01) (54)发明名称 利用电动汽车的永不断电柔性不间。

2、断电源 控制方法 (57)摘要 本发明公开了一种利用电动汽车的永不断 电柔性不间断电源控制方法。 本发明一种利用电 动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法， 包 括： 通过对下垂控制公式中参考电压进行改变, 采用多智能体滑模控制策略实现超级UPS中的容 量不同的电动汽车锂电池SOC一致， 采用下垂控 制、 多智能体平均电压电流一致控制和末端控 制， 将电动汽车锂电池的电流输出值与容量的比 值(电流标幺值)作为控制对象并引入滑模函数。 本发明的有益效果： 通过对下垂控制进行改进并 使用多智能体技术且考虑了EV锂电池的实时容 量衰减， 实现了在超级UPS中容量不同的EV锂电 池SOC一致， 并维持。

3、了EV插拔情况下超级UPS直流 母线电压的稳定。 权利要求书2页 说明书6页 附图8页 CN 111016719 A 2020.04.17 CN 111016719 A 1.一种利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法， 其特征在于， 包括： 通过对 下垂控制公式中参考电压进行改变,采用多智能体滑模控制策略实现超级UPS中的容量不 同的电动汽车锂电池SOC一致， 采用下垂控制、 多智能体平均电压电流一致控制和末端控 制， 将电动汽车锂电池的电流输出值与容量的比值(电流标幺值)作为控制对象并引入滑模 函数。 2.如权利要求1所述的利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法， 其特征在 于，。

4、 所述下垂控制公式 式中： Vdciref为第i个EV的直流母线侧参考电压；为修改后的三级电压控制输出值； mi为下垂系数； iti(t)为第i个EV的直流母线侧输出电流。 3.如权利要求1所述的利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法， 其特征在 于， 列出智能体i的平均输出电流标幺值公式 式中：和分别为智能体i和与智能体i邻接的智能体j的本地估计输出电流 的标幺值平均值； 为平均电流一致收益； zi(t)为滑模函数； iLipu(t)为智能体i的输出电 流标幺值； iLi(t)为智能体i的输出电流； cei为智能体i的电池容量； 多智能体平均电压一致控制协议， 公式 式中：和分别为智能。

5、体i和与智能体i邻接的智能体j的本地估计平均电压； vti (t)为智能体i的输出母线电压； 为平均电压一致收益； |Ni|为智能体i的邻接智能体的数 目。 4.如权利要求3所述的利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法， 其特征在 于， 初始滑模函数如下： 式中： ci(t)和cj(t)分别为智能体i的SOC值和与智能体i邻接的智能体j的SOC值； Ai(t) 为与智能体i邻接的智能体j的SOC平均值。 5.如权利要求3所述的利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法， 其特征在 于， 多智能体平均电压电流一致控制和末端控制后的输出电压 权利要求书 1/2 页 2 CN 1110167。

6、19 A 2 式中： kp11和ki21为二级电压控制比例和积分增益； kp12和ki22为二级电流控制比例和积 分增益； vref为给定参考电压。 6.如权利要求3所述的利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法， 其特征在 于， 考虑电池实时容量衰减的自适应容量计算公式 式中： csei为智能体i的实时电池容量估计值； SOCi为在时间段t1到t2之间的智能体i 的电池SOC衰减值； 将其代入上述多智能体滑模控制中 式中： isLipu(t)表示考虑实时电池容量衰减的智能体i的输出电流标幺值；表示考 虑实时电池容量衰减的智能体i的本地估计输出电流标幺值平均值。 7.如权利要求6所述的利用。

7、电动汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法， 其特征在 于， 将t1和t2之间的时间间隔设置为1秒。 8.一种计算机设备， 包括存储器、 处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计 算机程序， 其特征在于， 所述处理器执行所述程序时实现权利要求1到7任一项所述方法的 步骤。 9.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 该程序被处理器执 行时实现权利要求1到7任一项所述方法的步骤。 10.一种处理器， 其特征在于， 所述处理器用于运行程序， 其中， 所述程序运行时执行权 利要求1到7任一项所述的方法。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111016719 A 3 利用电动。

8、汽车的永不断电柔性不间断电源控制方法 技术领域 0001 本发明涉及电动汽车领域， 具体涉及一种利用电动汽车的永不断电柔性不间断电 源控制方法。 背景技术 0002 不间断电源(uninterrupted power system,UPS)被广泛使用在数据中心、 银行和 核电站等。 随着人们对供电可靠性要求的提高， 超级UPS的概念被提了出来。 随着能源紧缺 和环境污染的矛盾日益突出， 节能减排的电力系统运行技术受到关注。 电动汽车可以近似 看成一个储能， 电动汽车在节能减排、 遏制气候变暖以及保障石油供应安全等方面有着传 统汽车无法比拟的优势， 受到各国政府、 汽车生产商以及能源企业的广泛关。

9、注。 0003 目前对电动汽车接入超级UPS过程中SOC(SOC(State of charge),即荷电状态,用 来反映电池的剩余容量,其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值,常用百分数表示。 ) 一致研究不多， 尤其当考虑容量不同的电动汽车和电动汽车插拔时的情况。 发明内容 0004 本发明要解决的技术问题是提供一种利用电动汽车的永不断电柔性不间断电源 控制方法。 0005 为了解决上述技术问题， 本发明提供了一种利用电动汽车的永不断电柔性不间断 电源控制方法， 包括： 通过对下垂控制公式中参考电压进行改变,采用多智能体滑模控制策 略实现超级UPS中的容量不同的电动汽车锂电池SOC一致， 。

10、采用下垂控制、 多智能体平均电 压电流一致控制和末端控制， 将电动汽车锂电池的电流输出值与容量的比值(电流标幺值) 作为控制对象并引入滑模函数。 0006在其中一个实施例中， 所述下垂控制公式 0007式中： Vdciref为第i个EV的直流母线侧参考电压；为修改后的三级电压控制输 出值； mi为下垂系数； iti(t)为第i个EV的直流母线侧输出电流。 0008 在其中一个实施例中， 智能体i的平均输出电流标幺值公式 0009 0010 0011 0012式中：和分别为智能体i和与智能体i邻接的智能体j的本地估计输出 电流的标幺值平均值； 为平均电流一致收益； zi(t)为滑模函数； iLi。

11、pu(t)为智能体i的输出 电流标幺值； iLi(t)为智能体i的输出电流； cei为智能体i的电池容量。 说明书 1/6 页 4 CN 111016719 A 4 0013多智能体平均电压一致控制协议， 公式 0014式中：和分别为智能体i和与智能体i邻接的智能体j的本地估计平均电 压； vti(t)为智能体i的输出母线电压； 为平均电压一致收益； |Ni|为智能体i的邻接智能 体的数目。 0015 在其中一个实施例中， 初始滑模函数如下： 0016 0017 0018 式中： ci(t)和cj(t)分别为智能体i的SOC值和与智能体i邻接的智能体j的SOC值； Ai(t)为与智能体i邻接的。

12、智能体j的SOC平均值。 0019 在其中一个实施例中， 多智能体平均电压电流一致控制和末端控制后的输出电压 0020 0021 0022 0023 式中： kp11和ki21为二级电压控制比例和积分增益； kp12和ki22为二级电流控制比例 和积分增益； vref为给定参考电压。 0024 此处通过滑模函数和多智能体平均电流一致算法来实现接入超级UPS中的EV锂电 池电流标幺值一致从而实现SOC一致,此处没有直接将SOC加入控制算法中， 由于从库仑公 式可以看出EV锂电池的SOC导数为本文所定义的EV锂电池电流标幺值， SOC一致即本文所定 义的EV锂电池电流标幺值一致； 通过多智能体平均。

13、电流电压一致算法和末端控制算法实现 直流母线电压稳定。 当智能体i的本地估计平均电压低于给定参考电压时， 修改后的智能体 i的参考电压会上升， 反之下降。 0025 在其中一个实施例中， 考虑电池实时容量衰减的自适应容量计算公式 0026 0027 式中： csei为智能体i的实时电池容量估计值； SOCi为在时间段t1到t2之间的智能 体i的电池SOC衰减值； 将其代入上述多智能体滑模控制中 0028 0029 0030 说明书 2/6 页 5 CN 111016719 A 5 0031 0032 0033式中： isLipu(t)表示考虑实时电池容量衰减的智能体i的输出电流标幺值； 表示考。

14、虑实时电池容量衰减的智能体i的本地估计输出电流标幺值平均值。 0034 在其中一个实施例中， 将t1和t2之间的时间间隔设置为1秒。 0035 基于同样的发明构思， 本申请还提供一种计算机设备， 包括存储器、 处理器及存储 在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序， 所述处理器执行所述程序时实现任一项所 述方法的步骤。 0036 基于同样的发明构思， 本申请还提供一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算 机程序， 该程序被处理器执行时实现任一项所述方法的步骤。 0037 基于同样的发明构思， 本申请还提供一种处理器， 所述处理器用于运行程序， 其 中， 所述程序运行时执行任一项所述的方法。 0。

15、038 本发明的有益效果： 0039 通过对下垂控制进行改进并使用多智能体技术且考虑了EV锂电池的实时容量衰 减， 实现了在超级UPS中容量不同的EV锂电池SOC一致， 并维持了EV插拔情况下超级UPS直流 母线电压的稳定。 附图说明 0040 图1是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法 的电动汽车接入超级UPS的拓扑图。 0041 图2是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法 的电动汽车接入超级UPS的动作流程图。 0042 图3是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法 的改进的滑模函数示。

16、意图。 (图中表示考虑实时电池容量衰减的智能体i的本地估计输 出电流标幺值平均值；为智能体i的本地估计输出电流标幺值最大值。 ) 0043 图4是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法 的单个EV锂电池的控制框图。 (其中公式(1)为) 0044 图5是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法 的净发电量情况下的光伏电源功率。 0045 图6是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法 的净发电量情况下的EV锂电池实时容量。 0046 图7是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(U。

17、PS)控制方法 的净发电量情况下的EV锂电池SOC响应。 0047 图8是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法 的净发电量情况下的EV锂电池实时电流标幺值。 0048 图9是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法 的净发电量情况下的超级UPS直流母线电压响应。 说明书 3/6 页 6 CN 111016719 A 6 0049 图10是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法 的净负荷情况下的光伏电源功率。 0050 图11是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制。

18、方法 的净负荷情况下的EV锂电池实时容量。 0051 图12是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法 的净负荷情况下的EV锂电池SOC响应。 0052 图13是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法 的净负荷情况下的EV锂电池实时电流标幺值。 0053 图14是本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法 的净负荷情况下的超级UPS直流母线电压响应。 具体实施方式 0054 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明， 以使本领域的技术人员可以 更好地理解本发明并能予以实施， 但所举实施例不作为对。

19、本发明的限定。 0055 本发明一种利用电动汽车(EV)的永不断电柔性不间断电源(UPS)控制方法， 其包 括以下步骤： 0056 首先对图1所示电动汽车接入超级UPS的拓扑图进行分析。 图1中， 光伏电站和直流 母线单向连接向负载传送功率； 电动汽车和直流母线通过断路器双向连接， 可以吸收或者 发出功率； 电网和直流母线双向连接， 可以双向传输功率； 直流负载和直流母线有两个传输 通道(一个作为备用)， 只能吸收功率， 直流负载和电网有一个旁路连接， 从电网吸收功率； 锂电池和直流母线双向连接， 可以吸收发出功率； 有些其他能源和直流母线连接方式为单 向， 而有些其他能源和直流母线连接方式为。

20、双向。 本专利不考虑其他能源和电网的运行状 态， 仅考虑电动汽车、 光伏、 锂电池和直流负载拓扑情况下的运行状态。 分析流程图如图2所 示。 图2中Ppv为光伏单元MPPT状态下发出功率； Pload为直流负载设置的功率； SOCi为第i个EV 的SOC值； SOCimax为第i个EV的SOC最大值； SOCimin为第i个EV的SOC最小值。 首先将光伏单元发 出的功率和负载功率进行比较， 若Ppv大， 则电动汽车处于充电状态， 此时EV的SOC上升， 最后 接在直流母线上的EV的SOC趋于平衡， 若有新的EV接入超级UPS或原来的EV断开， 重新进入 循环状态， 最后维持接在直流母线上的E。

21、V的SOC趋于平衡(在充电情况下任何接入超级UPS 的EV的SOC达到最大值都自动断开)； 若Ppv小， 则电动汽车处于放电状态， 此时EV的SOC下降， 最后接在直流母线上的EV的SOC趋于平衡， 若有新的EV接入超级UPS或原来的EV断开， 重新 进入循环状态， 最后维持接在直流母线上的EV的SOC趋于平衡(在放电情况下任何接入超级 UPS的EV的SOC达到最小值都自动断开)。 0057列出下垂控制公式 0058式中： Vdciref为第i个EV的直流母线侧参考电压；为修改后的三级电压控制输 出值； mi为下垂系数； iti(t)为第i个EV的直流母线侧输出电流。 0059 列出智能体i的。

22、平均输出电流标幺值公式 0060 说明书 4/6 页 7 CN 111016719 A 7 0061 0062 0063式中：和分别为智能体i和与智能体i邻接的智能体j的本地估计输出 电流的标幺值平均值； 为平均电流一致收益； zi(t)为滑模函数； iLipu(t)为智能体i的输出 电流标幺值； iLi(t)为智能体i的输出电流； cei为智能体i的电池容量。 0064多智能体平均电压一致控制协议， 公式 0065式中：和分别为智能体i和与智能体i邻接的智能体j的本地估计平均电 压； vti(t)为智能体i的输出母线电压； 为平均电压一致收益； |Ni|为智能体i的邻接智能 体的数目。 00。

23、66 列出初始滑模函数并对其进行改进 0067 0068 0069 式中： ci(t)和cj(t)分别为智能体i的SOC值和与智能体i邻接的智能体j的SOC值； Ai(t)为与智能体i邻接的智能体j的SOC平均值。 改进滑模函数如图3所示。 0070 列出多智能体平均电压电流一致控制和末端控制后的输出电压 0071 0072 0073 0074 式中： kp11和ki21为二级电压控制比例和积分增益； kp12和ki22为二级电流控制比例 和积分增益； vref为给定参考电压。 0075 提出了一种考虑电池实时容量衰减的自适应容量计算公式 0076 0077 式中： csei为智能体i的实时电。

24、池容量估计值； SOCi为在时间段t1到t2之间的智能 体i的电池SOC衰减值。 将t1和t2之间的时间间隔设置为1秒。 将其代入上述多智能体滑模控 制中 0078 说明书 5/6 页 8 CN 111016719 A 8 0079 0080 0081 0082 0083式中： isLipu(t)表示考虑实时电池容量衰减的智能体i的输出电流标幺值； 表示考虑实时电池容量衰减的智能体i的本地估计输出电流标幺值平均值。 0084 在MATLAB中搭建控制框图， 搭建的控制框图如图4所示。 0085 调试选取合适的参数， 在MATLAB中搭建仿真模块， 选取合适的参数， 超级UPS工作 在净发电量情。

25、况下和净负荷情况下的的光伏电源功率、 EV锂电池实时容量、 EV锂电池SOC响 应、 EV锂电池实时电流标幺值和超级UPS直流母线电压响应如图5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14所示。 0086 以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例， 本发明的保护范 围不限于此。 本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换， 均在本发明 的保护范围之内。 本发明的保护范围以权利要求书为准。 说明书 6/6 页 9 CN 111016719 A 9 图1 说明书附图 1/8 页 10 CN 111016719 A 10 图2 图3 说明书附图 2/8 页 11 CN 111016719 A 11 图4 说明书附图 3/8 页 12 CN 111016719 A 12 图5 图6 说明书附图 4/8 页 13 CN 111016719 A 13 图7 图8 说明书附图 5/8 页 14 CN 111016719 A 14 图9 图10 说明书附图 6/8 页 15 CN 111016719 A 15 图11 图12 说明书附图 7/8 页 16 CN 111016719 A 16 图13 图14 说明书附图 8/8 页 17 CN 111016719 A 17 。