國(guó)網(wǎng)綿陽(yáng)供電公司 四川綿陽(yáng) 621000

摘要：隨著分布式能源的日益增長(zhǎng)，分布式能源對(duì)電網(wǎng)的影響日益增加。為了減少分布式能源的不利影響，能源儲(chǔ)存系統(tǒng)被廣泛使用。本文針對(duì)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)和可再生能源發(fā)電機(jī)組，設(shè)計(jì)出了由蓄電池和超級(jí)電容器和發(fā)電機(jī)組的存儲(chǔ)系統(tǒng)組成的分布式電源控制策略。當(dāng)荷電狀態(tài)的儲(chǔ)能元件不受限制，可再生能源發(fā)電系統(tǒng)采用最大功率點(diǎn)跟蹤控制的方法，采用低通濾波方法得到的參考功率電池和超級(jí)電容器的電壓控制的方法，來(lái)保證直流母線(xiàn)電壓的穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：蓄電池；超級(jí)電容器；混合儲(chǔ)能系統(tǒng)；可再生能源發(fā)電

本文設(shè)計(jì)了一種用于蓄電池和超級(jí)電容器的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)。系統(tǒng)的狀態(tài)和存儲(chǔ)的能量存儲(chǔ)元件是根據(jù)分布式發(fā)電機(jī)組和可再生能源發(fā)電機(jī)組電源的方案制定的，采用的是電池壽命分布功率控制策略。根據(jù)儲(chǔ)能元素的狀態(tài)切換控制的線(xiàn)路電壓運(yùn)行范圍，以防止系統(tǒng)傳統(tǒng)控制模式切換和蓄電池的暫態(tài)沖擊。本文還介紹了超級(jí)電容器端電壓的影響和控制方法。最后，通過(guò)EMTDC / PSCAD仿真計(jì)算實(shí)例，證明了該控制策略的合理性和有效性。

1電源結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于混合儲(chǔ)能的分布式電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?？稍偕茉窗l(fā)電系統(tǒng)（以下光伏發(fā)電系統(tǒng)作為一個(gè)例子），蓄電池和超級(jí)電容器儲(chǔ)能通過(guò)換流器將直流/直流轉(zhuǎn)換器并聯(lián)在直流母線(xiàn)上，這就構(gòu)成了電源控制直流電源系統(tǒng)，直流電源系統(tǒng)直流/直流交流變流器與電網(wǎng)（或微電網(wǎng)）連接。在直流通過(guò)時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池系統(tǒng)及超級(jí)電容器協(xié)調(diào)控制，使得之間的直流母線(xiàn)電壓最大化。利用可再生能源發(fā)電，優(yōu)化電池充電和放電過(guò)程，達(dá)到延長(zhǎng)電池使用壽命的目標(biāo)。根據(jù)分布式電源在電網(wǎng)中所承擔(dān)的不同任務(wù)，直流/ 交流變頻器的控制可以通過(guò)PQ、VF控制，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行或調(diào)度要求參與系統(tǒng)的電壓和頻率調(diào)節(jié)。

2本地協(xié)調(diào)控制器的能量管理策略

2.1 儲(chǔ)能裝置SOC容量未越限情況下系統(tǒng)的優(yōu)化控制

根據(jù)直流/交流轉(zhuǎn)換器的控制模式，整個(gè)分布式供電系統(tǒng)的輸出功率是由調(diào)度功率指令或電網(wǎng)負(fù)荷組成的情況確定的。為了實(shí)現(xiàn)充分利用可再生能源的目標(biāo)，該儲(chǔ)能裝置當(dāng)系統(tǒng)不受限制時(shí)，光伏系統(tǒng) MPPT控制混合儲(chǔ)能系統(tǒng)承擔(dān)剩余的因?yàn)橄到y(tǒng)功率不足而產(chǎn)生的問(wèn)題，例如功率波動(dòng)和光伏負(fù)載。根據(jù)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)蓄電池和超級(jí)電容器的特性，從功率的角度來(lái)說(shuō)，按以下原則：超級(jí)電容器被假定為采取系統(tǒng)中的波動(dòng)幅度大的功率尖峰。其長(zhǎng)周期壽命、高輸出功率的優(yōu)勢(shì)，能快速響應(yīng)電池系統(tǒng)的潛在動(dòng)力不足等問(wèn)題，減少小回路充放電，避免過(guò)充、放電時(shí)產(chǎn)生的問(wèn)題，延長(zhǎng)使用壽命。為了區(qū)分混合儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出功率的高低頻率組成的不同，提出 1個(gè)建議，使用低通濾波器提取的混合輸出功率的低頻分量，如電池的功率指令。但低通濾波器具有信號(hào)衰減和相位延遲的特性，可能會(huì)導(dǎo)致超級(jí)電容繼續(xù)充電或放電操作的發(fā)生，同時(shí)，超級(jí)電容器的能量密度很小，這是由濾波算法引起的。超級(jí)電容器的功率偏差很容易引起系統(tǒng)的系統(tǒng)性越限，所以本文基于傳統(tǒng)的低通濾波算法進(jìn)行了修改。

2.2儲(chǔ)能裝置SOC容量越限情況下系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制

當(dāng)超級(jí)電容器或蓄電池SOC越限時(shí)，采用此方法。由于前一個(gè)所述控制模式并不能穩(wěn)定直流母線(xiàn)電壓，不能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，儲(chǔ)能裝置的系統(tǒng)芯片系統(tǒng)的控制方式需要改變系統(tǒng)模式。由于電池儲(chǔ)能系統(tǒng)難以準(zhǔn)確測(cè)量，本文該系統(tǒng)的控制方式是：基于直流母線(xiàn)電壓的變化情況，控制恒壓儲(chǔ)能裝置。系統(tǒng)狀態(tài)如果達(dá)到上限，仍然繼續(xù)使用它的穩(wěn)定系統(tǒng)直流母線(xiàn)電壓，只有當(dāng)直流母線(xiàn)電壓上升或下降，超出了正常工作范圍，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)直流母線(xiàn)電壓超出正常控制模式時(shí)，就要改變它的的正常運(yùn)行范圍。

2.3 超級(jí)電容器端電壓預(yù)控制

該方法可用于保持直流母線(xiàn)電壓的一部分，從而使得整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。但由于電容器的功率密度很小，其容量很容易達(dá)到極限，為了避免系統(tǒng)控制模式之間的頻繁切換電池的問(wèn)題和頻繁的工作在恒壓控制模式，對(duì)電池壽命的不利影響，當(dāng)直流電源系統(tǒng)正在運(yùn)行時(shí)，采用超級(jí)電容端電壓控制方法。

3仿真分析

圖1光伏系統(tǒng)輸出功率

為了驗(yàn)證本文控制算法的有效性，EMTDC仿真軟件已建立起來(lái)可調(diào)度型分布式電源模型，如圖2。其中，直流/交流轉(zhuǎn)換器是用于間接控制，其調(diào)度功率為40千瓦?？煽毓夥到y(tǒng)電流源模型，這是采用某檢測(cè)基地實(shí)際光伏系統(tǒng)從9點(diǎn)到15點(diǎn)的光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際輸出測(cè)量數(shù)據(jù)。在仿真模型中，仿真時(shí)間是采取理想電壓源和電阻串聯(lián)模型，試驗(yàn)考慮其容量，以滿(mǎn)足一天的能源儲(chǔ)存在光伏系統(tǒng)釋放，其容量設(shè)計(jì)為750A.h，額定電壓為400伏，額定功率為30千瓦。電容器和電容器模型電阻額定功率為40千瓦，能滿(mǎn)足最大功率輸出的原理，其電容值 0.1，根據(jù)光伏系統(tǒng)的輸出特性，濾波器的時(shí)間常數(shù)為1，濾波補(bǔ)償系數(shù)調(diào)整系數(shù)為K = 0.5。

圖2 可調(diào)度型分布式電源直流供電系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

4 結(jié)論

本文提出了一種基于混合儲(chǔ)能的新型儲(chǔ)能方法，分布式電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與直流電源系統(tǒng)的局部關(guān)聯(lián)，研究了該控制器的能量管理策略。在管理策略上，分析了儲(chǔ)能裝置是否越限情況下，對(duì)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池和超級(jí)電容器協(xié)調(diào)控制。通過(guò)仿真結(jié)果可以看出，使用本文提出的控制策略可以保證整個(gè)分布式電源系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度電力或系統(tǒng)負(fù)荷需求，成功對(duì)存儲(chǔ)電池的工作過(guò)程和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)。同時(shí)具有經(jīng)濟(jì)績(jī)效。分布式電源可以直接或者間接根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度指令的操作，以減少間歇性的可再生能源的浪費(fèi)，也可以在下垂控制模式下運(yùn)行，參與電網(wǎng)頻率和電壓調(diào)節(jié)，同時(shí)可作為微電網(wǎng)，保持微電網(wǎng)的電壓和頻率穩(wěn)定度。

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