随着科学技术的进步和生产力的提高,人们对电力系统的需求也正在日趋增长。电容器作为储能设备,以其电容量大、充放电寿命长、快速充放电等优势在新能源汽车、光伏系统和电栅拦鱼系统等领域都有广泛应用。然而,随着各种分布式用电系统越来越复杂,其控制的难度也逐渐增大,充电安全事件时有发生。这些安全事故不仅会对设备本身造成损坏,严重情况下还会对家庭和社会带来巨大的经济损失,甚至危及人身安全。因此,确保分布式用电系统中电容组充电过程的稳定性与安全性有着重要的应用价值和实践意义。电栅拦鱼系统是一种新型的渔业养殖技术,不仅便携、安装方便,并且环保节能,符合可持续发展的宏观导向。然而,目前对电栅拦鱼分布式电容组充放电控制的研究成果并不多,为保证电栅拦鱼分布式电容组的用电需求与应用安全,设计一套安全、可靠、灵活、稳定的充电系统是非常有必要的。电栅拦鱼分布式电容组在充电方面主要存在以下两个问题:1)在恒压充电模式下,对负载进行充电时会产生浪涌,对系统硬件造成损害,并且充电电流很高,过高的电流会产生很高的热效力,导致干路线缆因过热而下垂,存在安全隐患,可能会造成经济损失,甚至危及生命;2)为满足系统的用电需求,传统的单模块电源价格昂贵、灵活性差,并且长时间工作会过热,还要对其进行热过滤和热管理。鉴于此,本论文采用多模块电源系统设计,然而,多模块电源又会存在电流输出不均衡现象,会导致部分电源模块输出电流过高,甚至超出模块本身的承受能力,致使系统不稳定,造成安全事故。本论文将分别针对以上两个问题,在基于节能优化的不完全放电策略基础上,从分布式电容组节点的充电预测调度控制和多模块电源系统的均流控制两个方面对电栅拦鱼分布式电容组的充电进行优化,将工程应用问题转化为学术理论方面的优化计算问题,开展了深入的科学研究工作。本论文的主要研究内容如下:第一,为避免恒压充电模式下的浪涌,降低干路线缆的总电流,本论文提出了基于模型预测控制的优化调度控制算法。通过分析系统结构,建立了系统充电过程的线性动态模型,并在此模型基础上加入了开关调度的离散输入,构造了系统充电过程的非线性动态模型。随后,递推演化出了系统预测模型。通过综合考虑线缆的承载能力和充放电频率等因素,设计出了能够根据实际放电需求灵活调整的、具有慢启动机制的电流参考轨迹。为了使调度后的系统干路电流按照电流参考轨迹变化,以预测模型的预测轨迹和参考轨迹方差最小作为优化设计的目标函数,最后使用模型预测算法来进行滚动求解,从而解析出单步输出的最优值。实验和仿真证明了该系统能够有效地避免启动充电时的浪涌,并降低干路线缆的电流幅值,验证了所提出算法的正确性和有效性。第二,针对多模块电源系统输出电流不均衡的问题,本文在考虑输入约束、状态约束以及稳态误差的基础上,提出了一种基于领导者跟随者一致性方法的分布式均流控制算法,来保证各个模块的输出电流一致。使用DC-DC buck电路的平均电流模型建立模块充电过程的状态空间方程,结合图论建立起充电系统模块之间的通信模型。在考虑输入约束、状态约束和稳态误差的基础上,设计了基于领导者跟随者一致性控制的分布式协同均流控制算法,该算法中设计了饱和函数来保证控制输入满足约束,同时加入滑模项消除稳态误差。文中不仅从理论上证明了该控制律可以消除稳态误差、保证系统控制输入满足约束和满足状态约束,还采用李雅普诺夫稳定性理论证明了系统的稳定性。实验和仿真也证明了该系统不仅可以实现多模块电源系统输出的均流,而且还能提高系统性能,验证了所提出算法的正确性和有效性。