4 超級電容器充放電控制策略

　　根據(jù)超級電容器的特點，本文提出了充電恒流、放電雙閉環(huán)的分時控制策略。

　　4.1 超級電容器充電控制

　　直流母線工作在正常電壓范圍內(nèi)，當超級電容器陣列電壓低于額定工作電壓時，對超級電容器進行充電，其充電控制框圖如圖6 所示。通過實際充電電流與參考充電電流的滯環(huán)比較及對最大開關(guān)頻率的限制，產(chǎn)生信號控制恒流充電。恒流充電有利于對儲能裝置的保護，且動態(tài)響應(yīng)較快。

　　圖6 超級電容器充電控制框圖

　　4.2 超級電容器放電控制

　　超級電容器放電控制系統(tǒng)采用電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)（圖7 ）。利用電壓環(huán)計算得到電壓偏差，之后計算出電流環(huán)參考值；電流環(huán)根據(jù)參考值得到合適的補償電流，通過傳遞函數(shù)變換得到補償值。圖7中：

　　Vref為給定的電壓控制量，Kv為電壓反饋放大系數(shù)，Ki為電流反饋放大系數(shù)，Gvd為S 域的控制電壓，Gid為S域的控制電流，為占空比擾動量，為高壓側(cè)輸出電壓擾動量。

　　圖7 雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)框圖。

　　對于Boost 模式工作狀態(tài)，使用狀態(tài)空間平均法可得到其狀態(tài)方程：

　　式中：v1--高壓側(cè)輸出電壓；v2--低壓側(cè)輸入電壓；α --時間系數(shù)，相當于占空比，α =ton÷（toff+ton）；iL --電感電流；R--限流電阻；L--充放電電感量；C--超級電容容量；r1 --電容器內(nèi)阻。

　　對狀態(tài)方程施加小信號干擾，則有瞬時值：

　　式中：V1 --高壓側(cè)輸出電壓穩(wěn)態(tài)值；V2 --低壓側(cè)輸入電壓穩(wěn)態(tài)值； iL^--電感電流擾動量； v2^--低壓側(cè)輸入電壓擾動量；D--靜態(tài)占空比；d--動態(tài)占空比。

　　將式（2）代入式（1），得到穩(wěn)態(tài)方程：

　　通過對該狀態(tài)空間平均方程進行干擾，可得到S 域的控制電壓（式（4））和控制電流（式（5））的傳遞函數(shù)：

　　式中：D′=1-D.

　　S 域的擾動電壓、電流小信號傳遞函數(shù)如下：