劉道兵，李留根，李世春，劉國(guó)霄，代 祥

（1.三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002； 2.梯級(jí)水電站運(yùn)行與控制湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（三峽大學(xué)），湖北 宜昌 443002； 3.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司 應(yīng)城供電公司，湖北 應(yīng)城 432400）

0 引言

近年來(lái)，直流微網(wǎng)憑借其控制方法簡(jiǎn)單，不存在交流微網(wǎng)中的無(wú)功功率流動(dòng)、頻率控制以及功角穩(wěn)定性等問(wèn)題，得到了國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家的廣泛關(guān)注[1]，[2]。由于可再生能源發(fā)電的間斷性及負(fù)荷波動(dòng)的不可預(yù)測(cè)性，需要將儲(chǔ)能裝置整合到直流微網(wǎng)中，以維持正常電壓水平下的功率平衡[3]，[4]。

多儲(chǔ)能直流微網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與控制是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制及負(fù)荷功率合理分配問(wèn)題，以及在源荷功率差較小時(shí)蓄電池頻繁充放電切換問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了研究。 文獻(xiàn)[5]，[6]以獨(dú)立運(yùn)行的光-儲(chǔ)直流微網(wǎng)作為研究對(duì)象，由多個(gè)蓄電池構(gòu)成儲(chǔ)能系統(tǒng)，有效解決了單個(gè)蓄電池充放電電流過(guò)大的問(wèn)題，提升了儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性和可靠性。 文獻(xiàn)[7]，[8]為了解決蓄電池荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）均衡問(wèn)題，提出了基于SOC 冪指數(shù)的改進(jìn)下垂控制，實(shí)現(xiàn)了各蓄電池之間SOC 均衡及負(fù)荷電流動(dòng)態(tài)分配，但仍存在均衡后期均衡速度和精度不高的問(wèn)題。 文獻(xiàn)[9]采用修正參考電壓的下垂控制策略，通過(guò)在修正量中引入加速因子來(lái)提升儲(chǔ)能之間SOC 的均衡速率和精度，該策略可以減小模式之間切換時(shí)帶來(lái)的母線電壓沖擊，但是引入儲(chǔ)能單元的輸出功率作為加速因子額外增加了通信量。文獻(xiàn)[10]～[12]均是利用混合儲(chǔ)能系統(tǒng)（Hybrid Energy Storage Systems，HESS）中超級(jí)電容和蓄電池分別來(lái)平抑系統(tǒng)缺額功率高頻波動(dòng)和補(bǔ)償?shù)皖l波動(dòng)，能夠滿足系統(tǒng)電能質(zhì)量要求和負(fù)荷功率需求，但需要額外增加濾波器裝置，而且不能有效減少蓄電池的充放電次數(shù)。 文獻(xiàn)[13]根據(jù)直流母線電壓信息，提出電壓分層控制策略，利用電壓分段控制超級(jí)電容和蓄電池出力，能夠延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，但是設(shè)置儲(chǔ)能系統(tǒng)工作的電壓閾值會(huì)導(dǎo)致母線電壓偏移額定值較多。

本文結(jié)合超級(jí)電容和蓄電池二者優(yōu)勢(shì)，引入源荷功率差信息，利用超級(jí)電容可頻繁充放電的特點(diǎn)，將其用作平抑光伏等可再生能源較小的功率缺額。蓄電池則作為長(zhǎng)期儲(chǔ)能設(shè)備，承擔(dān)較大的功率缺額，以減少蓄電池的充放電次數(shù)，并消除母線電壓的偏移量。此外，為進(jìn)一步提高多個(gè)蓄電池同時(shí)運(yùn)行時(shí)SOC 和負(fù)荷功率的均衡速度和精度，對(duì)下垂系數(shù)進(jìn)行在線優(yōu)化，通過(guò)引入SOC 信息作為加速因子來(lái)動(dòng)態(tài)地增大均衡后期蓄電池間下垂系數(shù)差別。 最后，通過(guò)MATLAB/Simulink 搭建混合多儲(chǔ)能直流微網(wǎng)模型，對(duì)本文所提的協(xié)調(diào)控制策略進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

1 直流微網(wǎng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行模式

1.1 直流微網(wǎng)結(jié)構(gòu)

本文研究的獨(dú)立運(yùn)行的直流微網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括光伏單元、由超級(jí)電容及多個(gè)蓄電池構(gòu)成的HESS 以及交直流負(fù)荷，各單元均通過(guò)相應(yīng)的電力電子變換器分布式接入直流母線。 圖中：PPV為光伏輸出功率；Pacl，Pdcl分別為交、直流負(fù)載功率；Psc，Pbat_1，Pbat_2，Pbat_n分別為超級(jí)電容、1 號(hào)、2 號(hào)、n 號(hào)蓄電池輸出功率，規(guī)定流入直流母線方向?yàn)檎?/p>

圖1 多儲(chǔ)能直流微網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.1 DC microgrid structure of multi-energy storage

1.2 直流微網(wǎng)運(yùn)行模式劃分

直流微網(wǎng)中，母線電壓是反映微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)有功功率平衡的唯一指標(biāo)[14]，其與光-儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)各微源輸出功率之間的關(guān)系為

式中：Vdc，Cdc分別為直流母線電壓、等效電容；Pbat為蓄電池輸出總功率；Pload為交直流負(fù)載總功率。

由式（1）可知，各微源的輸出功率變化均會(huì)引起母線電壓波動(dòng)。 為了保證直流微網(wǎng)母線電壓在各種運(yùn)行條件下保持穩(wěn)定，定義系統(tǒng)源荷功率差ΔP=PPV-Pload，根據(jù) ΔP 對(duì)光伏單元及 HESS 進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。

蓄電池能量密度大，但功率密度較低，受其循環(huán)使用壽命限制，不適合頻繁充放電來(lái)平衡系統(tǒng)功率。 超級(jí)電容雖受容量限制，但具有功率密度大、可循環(huán)使用次數(shù)多的優(yōu)點(diǎn)。為了減少蓄電池充放電次數(shù)及降低母線電壓偏差，本文設(shè)置基于源荷功率差信號(hào)的功率分層點(diǎn)ΔPlay作為蓄電池工作的觸發(fā)值，ΔPlay的選取受限于超級(jí)電容的容量。 正常情況下，當(dāng)|ΔP|≥ΔPlay時(shí)，啟動(dòng)蓄電池平衡系統(tǒng)功率；當(dāng)|ΔP|＜ΔPlay時(shí)，則讓超級(jí)電容投入運(yùn)行，平衡系統(tǒng)功率。 在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，各儲(chǔ)能單元一般按照其容量大小成比例分配負(fù)荷功率，ΔPlay可設(shè)定為

式中：γ 為超級(jí)電容動(dòng)作區(qū)域占系統(tǒng)最大源荷功率差的比值；ΔPmax為系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的最大源荷功率差；β 為系統(tǒng)中超級(jí)電容容量占整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)容量的比值。

ΔPlay取值亦不能過(guò)小，否則不能有效減少蓄電池充放電切換次數(shù)，綜上，γ ?。?.5～1）β 為宜。此外，為避免超級(jí)電容和蓄電池在功率分層點(diǎn)處頻繁切換工作狀態(tài)，需要在該處設(shè)置滯環(huán)控制。

在采集系統(tǒng)運(yùn)行信息的基礎(chǔ)上，本文所提控制策略依據(jù)ΔP 將直流微網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)分為7 種運(yùn)行模式，為避免模式之間頻繁切換，在不同模式切換點(diǎn)加入滯環(huán)控制。 為最大限度地利用可再生能源，各種運(yùn)行模式下光伏發(fā)電單元優(yōu)先運(yùn)行在最大 功 率 跟 蹤 （Maximum Power Point Tracking，MPPT） 狀態(tài)，特殊情況下可降功率運(yùn)行。 其中：PHESS=Psc+Pbat為HESS 輸出總功率； 考慮超級(jí)電容容量一般較低，需要設(shè)置其端電壓Vsc的正常工作上、下限 Vsc_max，Vsc_min；SOCmax，SOCmin分別為各蓄電池SOC 正常工作上、下限。 直流微網(wǎng)系統(tǒng)具體運(yùn)行模式如下。

模式1：當(dāng)ΔP＞0，且超級(jí)電容和蓄電池均越過(guò)正常工作上限時(shí)，為避免超級(jí)電容或者蓄電池過(guò)充，HESS 退出運(yùn)行，此時(shí)光伏發(fā)電單元需降功率運(yùn)行，由MPPT 控制切換到恒壓控制。

模式 2： 當(dāng) ΔP≥ΔPlay時(shí)，源荷功率差較大，HESS 中超級(jí)電容待機(jī)，各蓄電池運(yùn)行在電壓下垂控制模式，持續(xù)穩(wěn)定充電。 當(dāng)各蓄電池SOC 越過(guò)正常工作上限時(shí)，切換到模式3，由超級(jí)電容維持系統(tǒng)功率平衡。

模式 3： 當(dāng) ΔP＜ΔPlay時(shí)，源荷功率差較小，HESS 中蓄電池待機(jī)，超級(jí)電容運(yùn)行在電壓下垂控制模式。 當(dāng) Vsc＞Vsc_max時(shí)，超級(jí)電容退出運(yùn)行，切換到模式2，由蓄電池維持系統(tǒng)功率平衡。

模式4： 當(dāng)ΔP 在平衡點(diǎn)附近發(fā)生微小波動(dòng)時(shí)，為了避免超級(jí)電容在充電放電之間頻繁動(dòng)作，此時(shí)默認(rèn)系統(tǒng)功率達(dá)到平衡狀態(tài)，HESS 處于待機(jī)狀態(tài)。

模式 5：當(dāng) ΔP＜0，且|ΔP|＜ΔPlay時(shí)，源荷功率差較小，HESS 中蓄電池待機(jī)，超級(jí)電容運(yùn)行在電壓下垂控制模式，持續(xù)穩(wěn)定放電。 當(dāng) Vsc＜Vsc_min時(shí)，切換到模式6，由蓄電池維持系統(tǒng)功率平衡。

模式 6：當(dāng) ΔP＜0，|ΔP|≥ΔPlay時(shí)，源荷功率差較大，HESS 中超級(jí)電容待機(jī)，蓄電池運(yùn)行在電壓下垂控制模式。當(dāng)各蓄電池SOC 均低于正常工作下限時(shí)，切換到模式5，由超級(jí)電容維持系統(tǒng)功率平衡。

模式7：當(dāng)ΔP＜0，且超級(jí)電容和蓄電池均越過(guò)正常工作下限時(shí)，為避免超級(jí)電容或者蓄電池過(guò)放，HESS 需退出運(yùn)行，此時(shí)應(yīng)采用負(fù)載管理算法進(jìn)行負(fù)荷減載[15]。

2 混合儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略

2.1 超級(jí)電容控制策略

超級(jí)電容控制系統(tǒng)采用下垂控制，其功率-電壓（P-V）下垂控制表達(dá)式為

式中：Vdc_ref為直流母線電壓參考值；Rsc為超級(jí)電容器下垂系數(shù)。

超級(jí)電容控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示，電感Lsc、 開(kāi)關(guān) S1，S2和母線電容 Cdc組成超級(jí)電容 DC/DC1 雙向變換器。 超級(jí)電容充電時(shí)，DC/DC1 雙向變換器工作于Buck 模式，此時(shí)S1處于閉鎖狀態(tài)，S2處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)； 放電時(shí)，S1處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，S2處于閉鎖狀態(tài)；待機(jī)時(shí)，S1和S2均處于閉鎖狀態(tài)。

圖2 超級(jí)電容控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 System structure of super capacitor

由于超級(jí)電容端電壓不可突變，可間接表征其能量存儲(chǔ)狀態(tài)。為避免超級(jí)電容過(guò)充過(guò)放，應(yīng)限制其在允許的工作電壓（Vsc_min～Vsc_max）內(nèi)運(yùn)行。 當(dāng)檢測(cè)到超級(jí)電容端電壓Vsc超出正常工作范圍時(shí)，令其退出運(yùn)行，此時(shí)由蓄電池組來(lái)維持系統(tǒng)功率平衡。

2.2 蓄電池功率動(dòng)態(tài)分配控制策略

蓄電池能量密度大，但長(zhǎng)時(shí)間大功率充放電會(huì)對(duì)蓄電池造成不可逆的傷害，因此，可設(shè)置多個(gè)蓄電池來(lái)改善單個(gè)蓄電池變換器存在充放電電流過(guò)大的問(wèn)題。 蓄電池的充放電控制原理同超級(jí)電容，在此不再贅述。為直觀體現(xiàn)蓄電池輸出功率與其下垂系數(shù)的關(guān)聯(lián)特性，蓄電池控制系統(tǒng)亦采用P-V 下垂控制方法[16]。

式 中 ：Vdc_i，Rb_i，Pbat_i分 別 為 第 i 個(gè) 蓄 電 池 DC/DC變換器輸出電壓、下垂系數(shù)、輸出功率。

對(duì)于獨(dú)立的小型直流微網(wǎng)，并聯(lián)在公共直流母線的各單元之間的線路阻抗可以忽略不計(jì)。 考慮到蓄電池均連接至公共直流母線，因此可以假設(shè)各蓄電池變換器輸出電壓Vdc_i相同。 由式（4）可得：

式（5）表明，蓄電池的輸出功率與其下垂系數(shù)成反比，可通過(guò)改變下垂系數(shù)精確分配負(fù)荷功率。 可將蓄電池SOC 與下垂系數(shù)相關(guān)聯(lián)，通過(guò)SOC 的改變來(lái)動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)下垂系數(shù)，達(dá)到負(fù)荷功率在各蓄電池間合理分配以及SOC 均衡的目的。

為了進(jìn)一步提高蓄電池間SOC 和負(fù)荷功率均衡速度和均衡精度，本文對(duì)文獻(xiàn)[8]中所采用的下垂系數(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

式中：KN為均衡因子；SOCi為第i 個(gè)蓄電池荷電狀態(tài)當(dāng)前值；β 為加速因子，β≤1；p，Ks，K 均為常數(shù)，其中，K 的數(shù)量級(jí)越小，均衡精度越高，在精度要求范圍內(nèi)選取即可，為保證較高的均衡速度和精度，Ks至少要比 K 大一個(gè)數(shù)量級(jí)；SOCave為 n 個(gè)蓄電池SOC 的平均值。

令 ΔSOC=SOCi-SOCave，放電時(shí) Ks和 K 取值不同時(shí)的下垂系數(shù)Rb曲線如圖3 所示。 由圖可知： 在均衡初期蓄電池間SOC 差別較大時(shí)，K 固定，Ks越小時(shí)下垂系數(shù)差別越大； 隨著均衡的進(jìn)行，ΔSOC 趨近于 0，Ks固定，K 越小時(shí)下垂系數(shù)差異越明顯，SOC 的均衡速度越大。 顯然，Ks值對(duì)均衡初期的均衡速度影響較大，K 值對(duì)均衡末期的均衡精度影響較大。 因此，可以通過(guò)選取合適的Ks，K 值，獲得較好的SOC 均衡速度和均衡精度。

圖3 Ks 和K 取值不同的下垂系數(shù)曲線Fig.3 Droop coefficient curves with different values of Ks and K

由上述分析過(guò)程可知：充電時(shí)，蓄電池SOC越低分配的功率越多，避免SOC 較大的蓄電池因SOC 高于運(yùn)行上界而退出運(yùn)行；放電時(shí)，蓄電池SOC 越高分配的功率越多，避免SOC 較小的蓄電池因SOC 低于運(yùn)行下界而退出運(yùn)行，最終使得各蓄電池SOC 達(dá)到均衡狀態(tài)。

超級(jí)電容及蓄電池控制系統(tǒng)均采用P-V 下垂控制，由于下垂控制會(huì)導(dǎo)致直流母線電壓跌落，因此，應(yīng)在母線電壓正常跌落范圍內(nèi)選取下垂系數(shù)，下垂系數(shù)取值范圍可參考文獻(xiàn)[17]。

2.3 含混合儲(chǔ)能直流微網(wǎng)控制系統(tǒng)

綜合上述控制策略，含混合儲(chǔ)能直流微網(wǎng)控制系統(tǒng)如圖4 所示。圖中：VPV，IPV分別為光伏發(fā)電單元實(shí)際電壓、 電流；IPV_ref，Isc_ref，Ibat_ref分別為光伏發(fā)電單元、超級(jí)電容、蓄電池輸出電流參考值，由直流母線實(shí)際電壓與直流母線額定電壓相減后經(jīng)PI 控制器得到。 為消除由于下垂控制導(dǎo)致的母線電壓偏移問(wèn)題，各儲(chǔ)能單元下垂控制中引入了用于動(dòng)態(tài)提升母線電壓的二次控制環(huán)節(jié)[18]。

圖4 含混合儲(chǔ)能直流微網(wǎng)控制系統(tǒng)Fig.4 Control system of DC microgrid with HESS

3 仿真分析

為驗(yàn)證本文所提協(xié)調(diào)控制策略的有效性，利用MATLAB/Simulink 仿真軟件依據(jù)圖4 搭建多儲(chǔ)能獨(dú)立直流微網(wǎng)模型進(jìn)行仿真研究。 所研究的直流微網(wǎng)系統(tǒng)母線電壓額定值設(shè)為400 V； 光伏發(fā)電系統(tǒng)最大輸出功率為10 kW； 負(fù)載功率為5 kW。 為了加快超級(jí)電容端電壓以及蓄電池SOC變化速度，進(jìn)行如下設(shè)置：超級(jí)電容電壓運(yùn)行上、下限分別為 170 V，130 V，額定容量為 10 F；3 個(gè)蓄電池容量均為 1.5 A·h，端電壓為 150 V，SOC正常工作在 20%～90%；ΔPlay=1.5 kW。

3.1 不同模式下HESS運(yùn)行工況

超級(jí)電容的初始端電壓設(shè)置為160 V；1 號(hào)、2號(hào)和3 號(hào)蓄電池的初始SOC 分別設(shè)為80%，70%和60%，并依據(jù)下垂系數(shù)的取值范圍，設(shè)定下垂系數(shù)的各個(gè)參數(shù)為 KN=8.75×10-3，p=3.5，Ks=2，K=0.01。 超級(jí)電容和蓄電池均未超出正常工作范圍時(shí)，系統(tǒng)各微源運(yùn)行工況仿真結(jié)果如圖5 所示。

圖5 超級(jí)電容及蓄電池未越限時(shí)各微源運(yùn)行工況Fig.5 Micro-sources operating conditions when super capacitor and batteries have not exceeded the limit

由圖5 可知：0～1 s 內(nèi)，光伏輸出功率等于負(fù)荷功率，此時(shí)HESS 處于待機(jī)工作狀態(tài)，直流母線電壓穩(wěn)定在額定值400 V；1 s 時(shí)，光伏出力升至5.8 kW，此時(shí) ΔP=0.8 kW＜ΔPlay，超級(jí)電容首先接入系統(tǒng)進(jìn)行充電，蓄電池不工作，使系統(tǒng)功率達(dá)到平衡；2 s 時(shí)，光伏出力升至7 kW，此時(shí)ΔP=2 kW＞ΔPlay，由蓄電池平衡系統(tǒng)功率；3 s 時(shí)，光伏出力降至 4.2 kW，此時(shí) ΔP=-0.8 kW，由超級(jí)電容通過(guò)放電彌補(bǔ)功率缺額；4 s 時(shí)，光伏出力降至2.8 kW，|ΔP|＞ΔPlay，由蓄電池通過(guò)放電維持系統(tǒng)功率平衡。

由圖5（c）可知，在混合儲(chǔ)能控制系統(tǒng)充放電過(guò)程中，2 s 時(shí)引入二次控制環(huán)節(jié)后，可消除由超級(jí)電容和蓄電池控制系統(tǒng)下垂控制引起的直流母線電壓偏差，將母線電壓穩(wěn)定在額定值，并且在控制策略切換時(shí)，由于超級(jí)電容的快速響應(yīng)，母線電壓平穩(wěn)過(guò)渡。

設(shè)置超級(jí)電容初始電壓為 168.5 V，1 號(hào)、2 號(hào)和 3 號(hào)蓄電池初始 SOC 分別設(shè)置為 89.9%，89.7%和 89.8%，其他參數(shù)不變。以 ΔP＞0，即 HESS充電過(guò)程為例，驗(yàn)證超級(jí)電容和蓄電池超出正常工作范圍時(shí)的模式切換過(guò)程，仿真結(jié)果如圖6 所示。

圖6 超級(jí)電容及蓄電池越限時(shí)各微源運(yùn)行工況Fig.6 Micro-sources operating conditions when super capacitor and batteries exceed the limit

由圖6 可知：0～1.5 s 時(shí)，光伏輸出功率等于負(fù)荷消耗功率，HESS 輸出功率為 0；1.5 s 時(shí)，光伏出力升至6.3 kW，僅超級(jí)電容工作，其端電壓Vsc逐漸升高，約 3.5 s 時(shí)達(dá)到上限值 170 V，超級(jí)電容退出運(yùn)行。 此時(shí)系統(tǒng)由工作模式3 切換到模式2，各蓄電池組吸收光伏輸出的多余功率并逐漸增加至穩(wěn)態(tài)，SOC 逐漸上升，1 號(hào)、3 號(hào)和 2 號(hào)蓄電池分別在約 6.2 s，7.4 s 和 7.9 s 時(shí)，因其 SOC 超出上限值而退出運(yùn)行，此時(shí)HESS 輸出功率為0；7.9 s 時(shí)，由于HESS 已達(dá)飽和狀態(tài)，無(wú)法吸收系統(tǒng)多余功率，光伏單元由MPPT 控制模式切換為模式1 恒壓控制，運(yùn)行在降功率狀態(tài)，輸出功率降至5 kW，將直流母線電壓維持在額定值。

3.2 光伏出力隨機(jī)波動(dòng)

考慮光伏輸出功率隨機(jī)波動(dòng)的情況，驗(yàn)證所提控制策略下超級(jí)電容和蓄電池的功率響應(yīng)特性。1 號(hào)、2 號(hào)和 3 號(hào)蓄電池初始 SOC 分別設(shè)置為80%，79%和78%，其他參數(shù)不變，仿真結(jié)果如圖7所示。

圖7 光伏隨機(jī)波動(dòng)各微源功率響應(yīng)Fig.7 Micro-sources power response of PV random fluctuation

由圖7 可知，在光伏出力隨機(jī)波動(dòng)的情況下，超級(jí)電容和蓄電池的功率分配效果較好，即超級(jí)電容能夠穩(wěn)定工作在源荷功率差較小的情況下，蓄電池則穩(wěn)定工作在源荷功率差較大的情況下，HESS 仍可以快速響應(yīng)以補(bǔ)償系統(tǒng)源荷功率差。由此可見(jiàn)，采用本文控制策略可以明顯減少蓄電池的充放電時(shí)間及充放電切換次數(shù)，進(jìn)而延長(zhǎng)其使用壽命。 仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文所提控制策略的有效性，且在考慮光伏功率隨機(jī)波動(dòng)情況下依然有較好的穩(wěn)定性。

3.3 蓄電池穩(wěn)定充放電

當(dāng)蓄電池處于穩(wěn)定充放電狀態(tài)時(shí)，為分析說(shuō)明采用本文所提改進(jìn)下垂控制策略下的負(fù)荷功率及 SOC 均衡效果，設(shè)置 1 號(hào)、2 號(hào)和 3 號(hào)蓄電池初始SOC 分別為80%，79%和78%，下垂系數(shù)參數(shù)設(shè)為 KN=8.75×10-3，p=3.5，Ks=2，K=0.005。 穩(wěn)定充電時(shí)，光伏發(fā)電單元輸出功率為8 kW；穩(wěn)定放電時(shí)，光伏發(fā)電單元輸出功率為2 kW。充、放電仿真結(jié)果分別如圖8、圖9 所示。

圖8 蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定充電Fig.8 Stable charging of battery energy storage system

圖9 蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定放電Fig.9 Stable discharging of battery energy storage system

由圖8（a）和圖9（a）可知，t=15 s 時(shí)，基本達(dá)到負(fù)荷功率平衡狀態(tài)，每個(gè)蓄電池輸出功率約為1 kW。 由圖8（b）和圖9（b）可知，t=15 s 時(shí)，各蓄電池之間SOC 差別很小，充電時(shí)1 號(hào)和2 號(hào)蓄電池SOC 之差只有 0.063%，放電時(shí)兩者之差只有0.012%，具有較高的均衡精度。 采用文獻(xiàn)[8]中的方法進(jìn)行充/放電時(shí)，SOC 仿真結(jié)果如圖8（c）和圖9（c）所示。 由圖可知，同一時(shí)刻，充電時(shí) 1 號(hào)和 2號(hào)蓄電池SOC 之差為0.99%，放電時(shí)兩者之差為0.871%，SOC 均衡速度較緩慢。 通過(guò)縱向?qū)Ρ瓤芍?，在蓄電池間SOC 差別較小情況下，采用本文所提改進(jìn)下垂控制策略時(shí)，仍能獲得較高的負(fù)荷功率及SOC 均衡速度和均衡精度。

4 結(jié)論

本文綜合超級(jí)電容及蓄電池各自?xún)?yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了一種基于功率分層的光儲(chǔ)直流微網(wǎng)系統(tǒng)，并提出了相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制策略。 在系統(tǒng)源荷功率差較小時(shí)，由超級(jí)電容平衡系統(tǒng)功率，源荷功率差較大時(shí)，則由蓄電池維持系統(tǒng)功率平衡，充分發(fā)揮超級(jí)電容可頻繁充放電及蓄電池可提供長(zhǎng)時(shí)間大功率充放電的優(yōu)勢(shì)，既減少了蓄電池充放電次數(shù)，又改善了現(xiàn)有控制策略中超級(jí)電容容量易達(dá)限值的問(wèn)題。同時(shí)提出改進(jìn)下垂控制策略，通過(guò)在下垂系數(shù)中引入基于SOC 信息的加速因子來(lái)動(dòng)態(tài)地增大均衡后期蓄電池間下垂系數(shù)差別，解決均衡后期蓄電池負(fù)荷功率及SOC 均衡效果不佳的問(wèn)題。