【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于超級電容等效電路模型設(shè)計，尤其涉及一種適用于超級電容的二階等效電路模型及其參數(shù)辯識算法。
技術(shù)介紹
1、隨著新能源技術(shù)的研發(fā)以及各類能源轉(zhuǎn)換應(yīng)用技術(shù)的不斷深入，如何將可再生能源轉(zhuǎn)換為電能存儲起來成為一個迫切需要解決的問題。其中，對儲能裝置進行的能源分配以及優(yōu)化控制，不僅有助于提高能源的轉(zhuǎn)換利用率，還能有效的改善電能供給質(zhì)量，因而成為了可持續(xù)能源儲能技術(shù)的核心技術(shù)突破點。
2、超級電容器作為一種新型的電化學(xué)儲能器件被廣泛關(guān)注，該超級電容器又稱為電化學(xué)電容器或雙電層電容器，其具備有使用壽命長、功率密度大、能量密度大、對環(huán)境友好、充放電時間短、效率高以及對環(huán)境要求低等諸多優(yōu)點。而為了準(zhǔn)確研究超級電容器動靜態(tài)性能指標(biāo)，需要對該超級電容建立模型，并采取合適的參數(shù)辨識方法。如圖1所示，圖1提供了一種現(xiàn)有技術(shù)的超級電容經(jīng)典模型。然而在進一步研究后專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)，上述超級電容模型的結(jié)構(gòu)雖較為簡單，但該模型的精度不高，且主支路的敏感電壓過小，存在實際的時間依賴以及電壓依賴，最終會導(dǎo)致短時間內(nèi)對超級電容儲能能力的高估，不利于超級電容器的工業(yè)應(yīng)用推廣。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供了一種適用于超級電容的二階等效電路模型及其參數(shù)辯識算法，該二階等效電路模型對超級電容的仿真精度更高，可以較好地反映出超級電容與端電壓之間的依賴關(guān)系；其參數(shù)辯識算法簡單易行，通過采用變量表征電容對電壓的依賴關(guān)系，有效的降低了二階等效電路模型仿真過程中產(chǎn)生的誤差。
2、為解決上述技術(shù)問題，
3、適用于超級電容的二階等效電路模型，所述二階等效電路模型由瞬時支路、電壓調(diào)整支路和自放電支路構(gòu)成；
4、其中，瞬時支路由順次接連的電阻r1、電容c1、可控電壓源u以及遲滯電壓u1構(gòu)成；電壓調(diào)整支路由順次接連的電阻r2以及電容c2構(gòu)成；自放電支路由電阻r3構(gòu)成；
5、瞬時支路中的電阻r1、電容c1用于仿真超級電容恒流充放電時端電壓的陡升和陡降現(xiàn)象；電壓調(diào)整支路中的電阻r2、電容c2用于仿真超級電容充放電結(jié)束后的電壓自恢復(fù)現(xiàn)象；自放電支路中的電阻r3用于仿真超級電容的自放電現(xiàn)象；瞬時支路中的遲滯電壓u1用以反映電容c1的電容增量與可控電壓源u的輸出電壓之間的電壓依賴遲滯特性。
6、進一步優(yōu)選的，包括有如下步驟：
7、步驟一：根據(jù)二階等效電路模型的結(jié)構(gòu)特性，求解二階等效電路模型中各結(jié)構(gòu)單元的參數(shù)；
8、步驟二：推導(dǎo)充電電流i與端電壓u0之間的關(guān)系式，以及電容c1與端電壓u0之間的關(guān)系式；
9、步驟三：基于放電過程中端電壓的實測數(shù)據(jù)，擬合端電壓隨時間變化的函數(shù)表達(dá)式u0(t)；
10、步驟四：推導(dǎo)得到端電壓變參數(shù)隨時間變化的函數(shù)表達(dá)式k(t)。
11、進一步優(yōu)選的，所述步驟一求解二階等效電路模型中各結(jié)構(gòu)單元的參數(shù)的過程具體包括有：
12、求解瞬時支路各結(jié)構(gòu)單元的參數(shù)；
13、求解電壓調(diào)整支路各結(jié)構(gòu)單元的參數(shù)；
14、求解自放電支路各結(jié)構(gòu)單元的參數(shù)。
15、進一步優(yōu)選的，求解得到的瞬時支路中的電阻r1，滿足：
16、r1＝δu0/i???????????(1)；
17、其中，i為充電電流，u0為端電壓，δu0為端電壓u0發(fā)生突變的突變值；
18、求解得到的瞬時支路中的電容c1，滿足：
19、
20、求解得到的瞬時支路中的可控電壓源輸出電壓值u，滿足：
21、u＝udku0/c1????????(3)；
22、其式(3)中，u與c1之間的關(guān)系視為線性，控制參數(shù)k視為定值；ud為減去內(nèi)阻分壓的充電電壓。
23、進一步優(yōu)選的，求解得到的電壓調(diào)整支路中的電容c2，滿足：
24、q＝it＝uf(c1+c2+kuf)????????(4)；
25、其中，uf為超級電容按照一定時間常數(shù)充電結(jié)束自恢復(fù)穩(wěn)定之后的端電壓；
26、求解得到的電壓調(diào)整支路中的電阻r2，滿足：
27、r2＝τ2/c2????????(5)。
28、進一步優(yōu)選的，求解得到的自放電支路中的電阻r3，滿足：
29、r3＝vn/ileak???????(6)；
30、其中，vn為額定電壓；ileak為漏電流。
31、進一步優(yōu)選的，所述步驟二推導(dǎo)得到的充電電流i與端電壓u0之間的關(guān)系式，滿足：
32、
33、其中，由于充電過程中電壓調(diào)整支路的分流作用很小，因此認(rèn)為電壓調(diào)整支路只在充電結(jié)束后與瞬時支路進行電荷分配，因而在式(7)中，dud＝du0；
34、所述步驟二推導(dǎo)得到的電容c1與端電壓u0之間的關(guān)系式，滿足：
35、c1＝c10+ku0(t)(8)；
36、其中，c10為電容c1初始值，滿足：
37、
38、其中，u0(t)為端電壓的實時電壓值。
39、進一步優(yōu)選的，所述步驟四推導(dǎo)得到的端電壓變參數(shù)隨時間變化的函數(shù)表達(dá)式k(t)，滿足：
40、k(t)＝a1u3+a2u2+a3u+a4??????????????(10)；
41、其中，系數(shù)a1,a2,a3,a4均采用最小二乘法確定。
42、本專利技術(shù)提供了一種適用于超級電容的二階等效電路模型及其參數(shù)辯識算法，該二階等效電路模型由瞬時支路、電壓調(diào)整支路和自放電支路構(gòu)成；該二階等效電路模型的參數(shù)辯識算法，包括有如下步驟：步驟一：根據(jù)二階等效電路模型的結(jié)構(gòu)特性，求解二階等效電路模型中各結(jié)構(gòu)單元的參數(shù)；步驟二：推導(dǎo)充電電流i與端電壓u0之間的關(guān)系式，以及電容c1與端電壓u0之間的關(guān)系式；步驟三：擬合端電壓隨時間變化的函數(shù)表達(dá)式u0(t)；步驟四：推導(dǎo)得到端電壓變參數(shù)隨時間變化的函數(shù)表達(dá)式k(t)。具有上述結(jié)構(gòu)特征的二階等效電路模型及其參數(shù)辯識算法，其相比于現(xiàn)有技術(shù)而言，至少具備有如下技術(shù)優(yōu)勢：
43、1)、本專利技術(shù)提供的二階等效電路模型，其仿真精度較高，能較好地反映出超級電容與端電壓的依賴關(guān)系；
44、2)、算法簡單易行，推導(dǎo)得到擬合結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
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1.適用于超級電容的二階等效電路模型，其特征在于，所述二階等效電路模型由瞬時支路、電壓調(diào)整支路和自放電支路構(gòu)成；
2.適用于超級電容的二階等效電路模型的參數(shù)辯識算法，其特征在于，包括有如下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于超級電容的二階等效電路模型的參數(shù)辯識算法，其特征在于，所述步驟一求解二階等效電路模型中各結(jié)構(gòu)單元的參數(shù)的過程具體包括有：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于超級電容的二階等效電路模型的參數(shù)辯識算法，其特征在于，求解得到的瞬時支路中的電阻R1，滿足：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于超級電容的二階等效電路模型的參數(shù)辯識算法，其特征在于，求解得到的電壓調(diào)整支路中的電容C2，滿足：
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于超級電容的二階等效電路模型的參數(shù)辯識算法，其特征在于，求解得到的自放電支路中的電阻R3，滿足：
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于超級電容的二階等效電路模型的參數(shù)辯識算法，其特征在于，所述步驟二推導(dǎo)得到的充電電流I與端電壓U0之間的關(guān)系式，滿足：
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于超級電
...【技術(shù)特征摘要】
1.適用于超級電容的二階等效電路模型，其特征在于，所述二階等效電路模型由瞬時支路、電壓調(diào)整支路和自放電支路構(gòu)成；
2.適用于超級電容的二階等效電路模型的參數(shù)辯識算法，其特征在于，包括有如下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于超級電容的二階等效電路模型的參數(shù)辯識算法，其特征在于，所述步驟一求解二階等效電路模型中各結(jié)構(gòu)單元的參數(shù)的過程具體包括有：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于超級電容的二階等效電路模型的參數(shù)辯識算法，其特征在于，求解得到的瞬時支路中的電阻r1，滿足：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于超級電...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：范雪麟，張浩，李勇，孫偉，范新冉，王芫芫，顏廷江，韓盼盼，陳科，石堯，
申請(專利權(quán))人：中國石油化工股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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