摘 要：隨著分布式發(fā)電技術的逐步成熟，由風力發(fā)電機組、光伏電池組、蓄電池組、柴油發(fā)電機組組成的風光柴蓄獨立微網系統(tǒng)能彌補我軍現(xiàn)有哨所供電保障系統(tǒng)的不足。能量管理和控制是微網系統(tǒng)應用于哨所供電的關鍵，本文根據對微源的運行優(yōu)先級分析研究了風光柴蓄系統(tǒng)智能化能量管控策略，為風光柴蓄微網供電系統(tǒng)的智能化控制研究提供了參考。

關鍵詞：風光柴蓄;微網;能量管理與控制;智能化;優(yōu)先級模型

1 引言

對于遠離電網的邊海防哨所，供電主要依賴于柴油發(fā)電機組，但內燃機供電噪音大、熱輻射強，既影響工作生活還容易暴露目標。同時，遠離補給點、燃料供應不及時等缺點，滿足不了邊防部隊完成多樣化作戰(zhàn)任務的需求。風光柴蓄微網供電系統(tǒng)具有無污染、無噪聲、節(jié)省柴油燃油消耗等特點，是邊海防哨所供電系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢。由于風、光資源的較大范圍波動使風、光電能量輸出始終處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，這將導致風光柴蓄微網供電系統(tǒng)能量不平衡，因此能量的管理和控制是實現(xiàn)風光柴蓄微網穩(wěn)定運行的關鍵所在[1][2]。

2 風光柴蓄微網供電系統(tǒng)模型

風光柴蓄微網供電系統(tǒng)，主要由電源（光伏系統(tǒng)、風電系統(tǒng)、柴電系統(tǒng)）、儲能裝置（蓄電池組）、變換器、能量管理控制器、監(jiān)控系統(tǒng)及負載構成。能量管理與控制系統(tǒng)是微網系統(tǒng)最高層次的控制單元，負責協(xié)調優(yōu)化電源單元、儲能單元及負載能量流動，使能量始終處于平衡狀態(tài)，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。直流微網系統(tǒng)中能量供需是否平衡是由直流母線的穩(wěn)定性反映的，穩(wěn)定直流母線是系統(tǒng)能量控制的主要環(huán)節(jié)，因此如何結合控制直流母線電壓穩(wěn)定性實現(xiàn)能量管理與控制是微網系統(tǒng)能量管理與控制研究的主要內容?；谝陨纤悸费芯吭O計的風光柴蓄微網能量管理與控制系統(tǒng)模型。風光柴蓄能量管理與控制系統(tǒng)是控制風、光、柴、蓄能量流動的中心，它一般情況下的工作流程為：首先采集風機、光伏電池、柴油發(fā)電機、蓄電池的運行狀態(tài)參數(shù)，然后根據能量管理策略判斷系統(tǒng)運行的狀態(tài)進而輸出優(yōu)化微源運行狀態(tài)的控制信號，通過直流母線下垂控制判斷最佳時機輸出微源控制信號，優(yōu)化微源運行狀態(tài)，使系統(tǒng)能量平衡，保障哨所電力需求。這其中能量管理策略是整個系統(tǒng)的大腦，是系統(tǒng)穩(wěn)定、持續(xù)運行的重要保證，由此根據能量平衡的原理結合實際供電需求設計了基于優(yōu)先級模型的能量智能化控制策略。

3 基于優(yōu)先級模型的微網系統(tǒng)智能化控制策略

3.1 能量平衡模型

在微網系統(tǒng)中能量供需平衡可用式（3-1）表示

其中是m個電源輸出功率是n個儲能單元吸收或輸出的

功率，是K個負載吸收功率。

在風光柴蓄微網供電系統(tǒng)中，能量平衡可以寫成

式3-2和3-3分別是蓄電池供電和充電對應的功率平衡公式，其中PPV為光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率，PW為風力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率，PB為蓄電池輸出功率，PBC為蓄電池充電功率，PG為柴油發(fā)電機輸出功率，PL為負載吸收功率。

3.2 微源供電優(yōu)先級模型

在微網系統(tǒng)中包括多個電源及儲能裝置，首先根據環(huán)境、資源等因素確定其供電的優(yōu)先級，系統(tǒng)根據供電單元優(yōu)先級對電源和儲能單元進行投切控制。邊防哨所遠離電網，存在油料運輸保障成本高，難度大問題且分布式資源豐富，為提高分布式能源利用率，減少柴油發(fā)電機使用建立了微網供電優(yōu)先級模型如圖3-1所示。

首先設定N個分布式電源的優(yōu)先級1-N，并設定蓄電池供電優(yōu)先級低于分布式電源，柴油發(fā)電機優(yōu)先級最低，儲能元件吸收功率的優(yōu)先級低于負載吸收功率優(yōu)先級。其中Pn為優(yōu)先級為n分布式電源輸出功率。根據優(yōu)先級的設定，系統(tǒng)按優(yōu)先級從高到低依次接入分布式電源、蓄電池及柴油發(fā)電機。

由上述模型的控制流程可以看出微網供電優(yōu)先級模型通過系統(tǒng)單元狀態(tài)的變化實時調整系統(tǒng)狀態(tài)使系統(tǒng)由一個平衡快速達到另一個平衡，保證了功率供需平衡，也就是達到了對能量的管理與控制?？刂颇Ｐ椭蟹植际诫娫吹臄?shù)量可以根據實際情況而定，PG一般是柴油發(fā)電機組或者電網，蓄電池也可以換成其他儲能方式，這就使系統(tǒng)具有可拓展性。

3.3 風光柴蓄系統(tǒng)能量管理策略

根據微源供電優(yōu)先級模型，把風光柴蓄微網供電系統(tǒng)拆分為三部分，風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)是分布式電源，蓄電池是儲能單元，柴油發(fā)生機作為備用電源，設定風力發(fā)電優(yōu)先級為1，光伏發(fā)電優(yōu)先級為2，即P1=PW、P2=PPV。

系統(tǒng)工作時，首先檢測系統(tǒng)各單元參數(shù)計算風力發(fā)電機、光伏電池、蓄電池輸出功率和充電功率、以及蓄電池荷電狀態(tài)SOC，根據負荷功率需求按優(yōu)先級依次切入風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)，蓄電池供電系統(tǒng)以及柴油發(fā)電機，最大化的使用風力發(fā)電系統(tǒng)的能量和光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量，只要系統(tǒng)剩余功率滿足蓄電池最低充電功率就給蓄電池進行充電，蓄電池充滿電時可以單獨供電滿足負載最大功率需求，柴油發(fā)電機單獨供電能滿足負載功率供電及蓄電池充電功率。系統(tǒng)運行時總是處于平衡狀態(tài)或由一個平衡向另一個平衡轉化的狀態(tài)。

風光柴蓄微網供電系統(tǒng)的智能化能量管控系統(tǒng)能控制按優(yōu)先級切入電源、儲能電源，實現(xiàn)了優(yōu)先級高的電源優(yōu)先輸出，使系統(tǒng)始終處于功率平衡狀態(tài);能夠使蓄電池根據剩余功率的變化進行充電，充分利用了優(yōu)先級高的電源，減少柴油機的啟動，提高分布式電源的利用率;通過對能量智能化管控，在無人值守情況下智能化控制系統(tǒng)能夠使供電系統(tǒng)始終保持功率平衡，并且多微源供電提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，最大化利用風分布式能源發(fā)電降低了油料使用，減小了哨所后勤保障壓力，滿足了邊海防部隊哨所的用電需求。

參考文獻

[1]趙錦成，解璞.混合能源互補供電在武器裝備中應用研究[J].電網與清潔能源，2012（3）：53-59.

[2]朱蘭，嚴正，楊秀等.風光儲微網系統(tǒng)蓄電池容量優(yōu)化配置方法研究[J].電網技術，2012，（12）：26-31.

作者簡介

胡文雷，中國人民解放軍陸軍邊海防學院工程基礎系，助教，研究方向：供電技術。