农业秸秆灰催化废弃聚对苯二甲酸乙二醇酯降解的机理研究

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Mechanistic Study on the Degradation of Waste Polyethylene Terephthalate Catalyzed by Agricultural Straw Ash

混合储能系统（HESS）通过集成电池和超级电容器的优势，提升供电稳定性和经济性。本文提出一种分层实时能量管理策略，系统级采用 droop 控制，设备级结合 PI 与有限控制集模型预测控制（FCS-MPC），优化功率分配并降低计算负担。仿真与实验验证表明，该策略有效抑制 DC母线电压纹波、电池电流纹波，缩短动态响应时间，且硬件成本低于传统方法。

　　混合能源存储系统（HESS）作为一种能够整合多种能源存储单元优势的技术方案，近年来在电力系统中得到了广泛关注。该系统通过合理分配不同储能设备的功能，不仅提高了电力供应的稳定性和可靠性，还有效降低了整体系统的运行成本。在HESS的应用场景中，电池（BAT）和超级电容器（SC）是最常见的两种储能设备。电池具有较高的能量密度，适合长期储能；而超级电容器则具备快速充放电能力，适用于高频率功率波动的场景。因此，HESS能够通过合理匹配这两种储能设备，实现高效能源管理，并延长系统的使用寿命。

目前，HESS的能源管理策略（EMS）研究已成为学术和工程领域的重要课题。随着电力系统对能源利用效率和设备寿命的要求不断提高，传统的EMS方法已经难以满足实际应用的需求。因此，研究者们开始探索更为先进的EMS方案，例如基于规则的策略、基于学习的策略以及基于优化的策略。这些策略各有优劣，基于规则的EMS虽然易于实现，但缺乏适应性；基于学习的EMS虽然能够优化动态性能，但对计算资源和数据输入要求较高；而基于优化的EMS虽然能够提供全局最优解，但在实际运行中需要提前获取系统运行信息，这在某些动态变化较大的应用场景中存在局限。

为了克服这些挑战，本文提出了一种分层实时能源管理与控制策略，用于全主动型BAT/SC HESS。该策略结合了系统级的下垂控制（droop control）和设备级的双环控制架构，其中设备级采用比例积分（PI）控制与有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）相结合的方法。通过这种分层结构，系统能够在不同频率的负载变化下实现高效的功率分配，同时降低计算负担和硬件成本。下垂控制方法通过设置适当的虚拟阻抗，能够将负载频率划分为高频率和低频率部分，从而实现对不同储能设备的合理控制。设备级的双环控制架构则通过PI和FCS-MPC的协同作用，实现对DC–DC变换器的精准控制，确保系统在高频率波动下仍能保持稳定运行。

本文的研究重点在于构建一个完整的能源管理与控制框架，涵盖从理论建模到实际工程验证的全过程。首先，通过系统建模，建立BAT和SC的数学模型，并分析其在不同频率下的动态响应特性。接着，设计分层实时能源管理策略，其中系统级采用下垂控制方法，设备级采用PI和FCS-MPC相结合的控制方案。这种策略不仅能够有效分配负载功率，还能显著延长储能设备的使用寿命。此外，本文还提出了一种紧密闭合的分层耦合机制，使得系统级的下垂控制与设备级的控制方案能够实现动态协调，从而提高整体系统的响应速度和控制精度。

在实验验证方面，本文采用了MATLAB/Simulink进行仿真，并通过快速控制原型（RCP）平台进行实际测试。RCP平台基于Speedgoat系统搭建，能够实现对电力系统的实时控制和数据采集。实验结果表明，该策略在不同负载变化条件下均能保持良好的系统稳定性，有效降低DC母线输出电压的波动、电池电流的波动以及HESS的动态响应时间。此外，与传统策略相比，本文提出的策略在计算负担和硬件成本方面均具有明显优势，且无需依赖PWM模块进行信号生成，从而实现了更低的硬件成本和更高的实时性能。

本文的创新点在于将下垂控制与PI和FCS-MPC相结合，构建了一种适用于全主动型BAT/SC HESS的分层实时能源管理策略。这种策略能够兼顾系统级和设备级的控制需求，提高整体系统的效率和稳定性。同时，通过减少对PWM模块的依赖，降低了硬件成本，使得该策略在实际工程应用中更具可行性。此外，本文还对不同参数下的PI控制器进行了仿真和比较，以确定最佳的控制参数组合，从而提高系统的动态性能。

在应用层面，本文提出的策略适用于多种电力系统场景，包括直流微电网、电动汽车以及新能源发电系统等。在这些场景中，负载功率的快速变化往往会导致母线电压的波动和储能设备的损耗，因此需要一种能够快速响应并合理分配负载功率的EMS。本文提出的策略能够在这些场景中实现高效的功率分配，提高系统的稳定性，并延长储能设备的使用寿命。此外，该策略还能够降低系统的计算负担，使得其在实际工程应用中更具优势。

在研究方法上，本文采用了理论建模与实验验证相结合的方式，首先通过数学建模分析BAT和SC的动态响应特性，然后设计分层实时能源管理策略，并通过仿真和实验验证其有效性。仿真结果表明，该策略在不同负载条件下均能保持良好的系统稳定性，有效降低DC母线输出电压的波动、电池电流的波动以及HESS的动态响应时间。实验结果进一步验证了该策略的可行性，表明其在实际工程应用中能够实现高效的功率分配，并延长储能设备的使用寿命。

此外，本文还探讨了不同拓扑结构对HESS性能的影响。在全主动型HESS中，BAT和SC均通过DC–DC变换器进行独立控制，这种结构能够实现更高的功率分配精度和更灵活的系统运行。相比之下，半主动型HESS仅对BAT或SC进行DC–DC变换器控制，而被动型HESS则直接将BAT与SC并联，这种结构虽然简单，但缺乏控制灵活性。因此，全主动型HESS在实际应用中更具优势，特别是在需要高效功率分配和灵活控制的场景中。

本文的研究结果表明，分层实时能源管理策略能够有效解决HESS在高频率功率波动下的电池老化问题，同时克服超级电容器在能量密度方面的局限。通过结合下垂控制和双环控制架构，该策略能够在不同频率的负载变化下实现高效的功率分配，并延长储能设备的使用寿命。此外，该策略在计算负担和硬件成本方面均具有明显优势，适用于实际工程应用。通过仿真和实验验证，本文证明了该策略在不同负载条件下的稳定性，以及在实际应用中的可行性。

综上所述，本文提出了一种适用于全主动型BAT/SC HESS的分层实时能源管理与控制策略，通过系统级的下垂控制和设备级的双环控制架构，实现了高效的功率分配和灵活的系统运行。该策略在计算负担和硬件成本方面均具有明显优势，适用于实际工程应用。通过仿真和实验验证，本文证明了该策略在不同负载条件下的稳定性，并展示了其在实际应用中的可行性。未来，随着电力系统对能源管理效率和设备寿命的要求不断提高，本文提出的策略有望在更多应用场景中得到推广和应用。