本文是一篇电力论文，本文主要围绕单兵光储联合供电系统能量管理与协调控制展开研究，对各个供电单元的结构和控制方法详细分析。
第一章绪论
1.1研究背景及意义
科技的快速发展推动了国防军用装备的快速转变与升级，各个国家为掌握军事发展的主动权，投入大量时间与精力进行设计与研发军用装备，其中，以单兵供电系统为代表，因其作为战场末端中关键的一环，推动着单兵作战系统的快速发展。单兵供电系统是一类人与装备以及其他因素相互作用与影响的复杂人机交互系统[1]。随着作战部队配发的单兵指挥、通信、侦察等电子类用电设备数量及类型快速增多，单兵供电系统野战电力保障压力指数增长[2]。现有单兵野战供电系统以各功率等级储能电池为主要电能来源[3]，如下表1-1所示。
传统单兵供电系统电能供给更多依赖于电池，但电池型号繁多，且只能适应固定类型携行装备，互换性弱，随着装备类型及数量增加，必然增加携行重量及后期维护成本[4]。另外，电池存在能量密度低的缺陷，寿命受过充过放影响较为严重[5]。在战场中电能的重要性不言而喻，可靠的供电系统是战场能够取胜的关键保障[6]，鉴于上述原因，单兵供电系统需要满足以下需求：(1)在作战中对电能持续稳定的供应，具有较好的电能供应持续性[7]；(2)减少电池过充过放，延长使用寿命；(3)充分利用新能源，拓宽电能来源渠道。
1.2国内外研究现状
1.2.1单兵光储联合供电系统的研究现状
为了适应现代战场作战的需要，单兵使用的电子装备越来越多，如便携通信器材、夜视仪、GPS定位系统以及观测器材等[11]。由于单兵的负重是有限的，所以对其携带的电源提出更为严格的要求，主要包括容量大、效率高、质量轻、隐蔽性强和环境适应性好等特点[12]。美国在1991年计划建设未来单兵作战系统[13]，距离到今天，单兵作战装备已经发展的相当完备，技术也更加成熟[14]。美军最经典的单兵作战系统是“陆地勇士”，“陆地勇士”的作战能力尤其在伊拉克战争中表现突出，成为了各国竞相模仿的典范[15]。士兵系统所需供电的电源如图1-1所示，其中的电能管理器即为能量路由器的角色，它连接各型电源，比如光伏发电、储能电池等，同时把能量分配给通信、导航、净水、红外用电设备，负责系统能量路由和管控[16]。
除此之外，为了增强适应性与灵活性，以便在不断变化的形势下保持作战效能，美国陆军还正在进行下列替代能源研发[17]。一是背包式增强型便携电源系统（Rucksack Enhanced Portable Power System,REPPS）—一种轻型便携式电力系统，它可以充电、持续供电[18]。在进行了少量应用之后，10套背包式增强型便携电源系统作为“奈特勇士”整体系统的组成部分于2011财政年度部署到阿富汗战场。二是掩体集成与士兵便携式自适应光伏供电装置[19]，这种装置被集成到采用太阳能吸收材料的传统军用掩体组件和其他可折叠式装置中，利用配套的高效充电器为战场上士兵的小型装置供电或者为军用电池充电[20]。三是“斯凯塞姆”改进型电力系统，它是一种扩展式太阳能电力系统，为战斗警戒部队的防护用无线监视系统提供电力[21]。以上设备均以能量路由器作为供电网络的核心单元，提升野战供电保障能力[22]。
第二章单兵光储联合供电系统模型分析
2.1单兵光储联合供电系统总体构成
结合我军单兵直流用电负载特性，单兵光储联合供电系统采用共直流母线微电网结构，由光伏发电系统、锂电池储能系统、超级电容储能系统、双向DC-DC变换器、能量管理系统、用电负载组成。本文重点研究前5个系统，系统总体构成框图如图2-1所示。
图中PV为光伏发电系统，CA为蓄电池储能系统，SC为超级电容储能系统，Zf为滤波阻抗，Cf为滤波电容，Zdci为直流微网节点阻抗，Load为直流用电负载。则PPV为光伏电池功率，PC为超级电容功率，PB为锂电池充/放电功率，PLoad为负载消耗功率。其中光伏发电系统是整个供电系统的主要能量产生单元，通过自身的控制，完成电能的产生和输出；储能系统通过充放电控制调节电能质量，改善光伏发电的不稳定性，快速调节系统供需平衡，提高供电可靠性，同时利用混合储能系统平抑高频功率作用，延长电池使用寿命。
2.2光伏电池模型建立与控制方法
光伏发电系统在单兵光储联合供电系统中具有举足轻重的作用，因其供电可靠性高、环保性好、转换效率高、寿命长、噪声小等优点而代替了光伏热发电系统。光伏电池是联合供电系统中的主要出力，构成光伏电池的半导体材料多种多样，其中硅型光伏电池应用最普遍。结合第一章对光伏电池的分析，同时为保障信息化单兵的安全，选取单晶硅作为光伏电池的材料。
光伏电池原理是当太阳光照射在半导体材料上，半导体P-N结在进行光电转化时，会产生光生伏特效应，在内部势垒电场推动下电子和空穴大量积聚到P-N结两侧，产生光生电势差，此时电流在回路闭合状态下产生。
光伏电池按照对其功率的需求分为恒电压控制和最大功率点跟踪控制(MPPT)。光伏电池供电能力小于系统需求的电量，为使光伏电池功率转换最大，采用MPPT控制，但是母线电压易降落，系统不稳定；光伏电池供电能力大于系统需求的电量，为使系统功率相对平衡，防止母线电压突升，保持系统稳定，采用恒压控制。两种控制技术各有利弊，当能量合理分配时，依据不同情况采用不同的技术。
第三章基于CEEMDAN-HHT算法的光伏功率信号光滑降噪........................26
3.1基于EEMD算法的光伏功率信号光滑降噪...........................26
3.2基于CEEMDAN算法的光伏功率信号光滑降噪.....................27
第四章Super-Twisting L2增益自适应下垂控制单兵光储联合供电系统..........42
4.1强扭曲控制的基本原理............................42
4.2 L2干扰抑制策略方法简述............................43
第五章单兵光储联合供电系统能量管理与协调控制................................56
5.1运行模式及切换条件.................56
5.2仿真验证...............................58
第六章实验系统构建与实验验证
6.1单兵光储联合供电原型系统构建
原型系统采用背负携行形式，由锂电池储能与能量管理器(含多端口双向Buck-Boost变换单元和锂离子储能电池组)、异质结便携式光伏板(以下简称“光伏板”)、便携式智能充电器(以下简称“充电器”)与配套附件(含迷彩作训包、充电电缆、LED照明灯、可充电手电筒)组成，如图6-1所示。
第七章结论与展望
7.1结论
单兵联合供电系统是信息化单兵的重要组成装置，保障了信息化单兵作战用电的可靠性。对单兵联合供电系统结构与控制的研究成为了时下研究热点，本文主要围绕单兵光储联合供电系统能量管理与协调控制展开研究，对各个供电单元的结构和控制方法详细分析。本文主要完成工作如下：
(1)通过阅读大量国内外相关文献，确立了在单兵联合供电系统的结构，采用以新能源为代表的太阳能作为单兵光储联合供电系统供电来源之一，混合储能系统，采用锂电池与超级电容，延长锂电池寿命，详细总结了单兵光储联合供电系统中各个供电单元的研究背景和意义。
(2)对单兵光储联合供电系统的结构进行详细分析，将其结构分为光伏系统、混合储能系统以及负载。对光伏系统和混合储能系统的结构原理及其控制方法说明并进行仿真光伏电池的原理进行实验与实验结果分析。
(3)为解决光伏功率信号中其他噪声信号干扰，并使滤波效果最佳。本文采用CEEMDAN-HHT算法来分解光伏功率信号的固有模态分量，对比EEMD及CEEMDAN算法的降噪效果，依据模态分解求得得降噪结果，因CEEMDAN降噪效果最好，采用CEEMDAN算法来进行Hilbert变换，最后根据频率与模态分量进行光伏功率信号的高低频分解。
(4)由于直流微网中的储能变换器具有非线性特征，且存在参数不确定性和外部扰动，L2增益控制是提高系统鲁棒稳定性的重要方法。结合光储微网惯性小的物理特征，为克服传统固定系数下垂控制容易引起功率波动的不足，本文提出一种Super-Twisting L2增益自适应下垂控制新方法，仿真验证了其正确性。
参考文献（略）
