胡大佩

摘 要 在電網(wǎng)運行過程中如果微電網(wǎng)的啟動電源容量較低，處理不足，會影響電網(wǎng)系統(tǒng)以及電壓的穩(wěn)定性。為了保證微電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性與穩(wěn)定性，需要對光伏-混合儲能微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略進(jìn)行分析，同時研究協(xié)調(diào)控制策略的經(jīng)濟(jì)效益。借此提升光伏-混合儲能微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制水平，保證電網(wǎng)系統(tǒng)與電壓的穩(wěn)定性與安全性。這對促進(jìn)我國電力行業(yè)的穩(wěn)定長遠(yuǎn)發(fā)展有積極意義。

關(guān)鍵詞 光伏-混合儲能;微電網(wǎng);協(xié)調(diào)控制;策略

1光伏-混合儲能微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略

1.1 裝置層控制策略

在此次控制策略設(shè)計過程中采用的電池儲能系統(tǒng)是鉛酸電池-鋰電池混合儲能系統(tǒng)，主要結(jié)果如圖1所示。該電池儲能系統(tǒng)主要包括鋰電池子儲能系統(tǒng)與鉛酸電池儲能系統(tǒng)。其中，鋰電池子儲能系統(tǒng)內(nèi)有鋰電池與儲能變流器;而鉛酸電池子儲能系統(tǒng)中有鉛酸電池與儲能變流器。這兩個子儲能系統(tǒng)的并聯(lián)位置是換流器交流側(cè)。

圖1 鉛酸電池-鋰電池混合儲能系統(tǒng)

在對鉛酸電池與鋰電池儲能系統(tǒng)變流器的控制方式進(jìn)行設(shè)計時，鉛酸電池儲能系統(tǒng)為定功率控制（PQ），而鋰電池儲能系統(tǒng)為電壓/頻率控制（V/F）。其中定功率控制包括功率外環(huán)控制器以及電流內(nèi)環(huán)控制器。在功率外環(huán)控制過程中，需要給定有功功率以及無功功率指令，然后獲取內(nèi)環(huán)電流的指令值，再使用內(nèi)環(huán)控制器完成矢量電流跟蹤，最終達(dá)到對有功功率以及無功功率進(jìn)行解耦控制的目的。這種控制方式的靈活性比較強。而電壓/頻率控制方式在控制過程中需要利用電壓外環(huán)保證系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，內(nèi)控制器可以完成矢量電流跟蹤功能，最終使用鎖相環(huán)對系統(tǒng)頻率進(jìn)行跟蹤控制[1]。

在對光伏逆變器的控制方式進(jìn)行設(shè)計的過程中，主要是以MPPT控制方式為主。在實際控制過程中，需要根據(jù)外界環(huán)境的光照強度以及溫度對光伏陣列的運行工作點進(jìn)行自動調(diào)整，這樣能夠在最大程度上確保輸出功率處于最大值，提高光能的利用率。光伏發(fā)電控制系統(tǒng)中的控制器外環(huán)使用的是MPPT算法，可以獲取最大功率點條件下內(nèi)環(huán)控制器電流指令值，然后內(nèi)環(huán)電流控制器可以對電流進(jìn)行跟蹤控制。光伏發(fā)電的控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 光伏發(fā)電控制系統(tǒng)

1.2 系統(tǒng)層控制策略

在微電網(wǎng)運行過程中，鋰電池成本比較高，如果提高鋰電池儲能容量，會導(dǎo)致微電網(wǎng)的投資成本增加。而在微電網(wǎng)實踐過程中，如果僅僅使用鋰電池作為黑啟動電源，會導(dǎo)致容量比較低或者出力不足，影響微電網(wǎng)的系統(tǒng)穩(wěn)定。而對鉛酸電池以及鋰電池進(jìn)行綜合應(yīng)用，可以充分發(fā)揮兩種電池的各自優(yōu)勢：鋰電池儲能系統(tǒng)的能量密度比較高，并且使用壽命相對較長，可以對一些小幅值高頻功率波動進(jìn)行有效抑制;而鉛酸電池的循環(huán)壽命比較短，但是其投入成本相對較低，經(jīng)濟(jì)性相對較強，可以在大幅值低頻功率波動過程中進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，防止鉛酸電池出現(xiàn)頻繁充放電的情況，能夠保證光伏-混合儲能容量充足，保證功率穩(wěn)定。

在實際控制過程中，需要利用MPPT對光伏逆變器進(jìn)行控制，利用V/F對鋰電池進(jìn)行控制，使用鉛酸電池儲能跟蹤控制負(fù)荷功率以及光伏出力，可以對鉛酸電池儲能處理值進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。在微電網(wǎng)孤島運行過程中，需要對系統(tǒng)功率平衡進(jìn)行計算，其表達(dá)公式如下：

Pload（t）=PPb（t）+PLi（t）+PPV（t）

該公式中PPb（t）表示的鉛酸電池儲能系統(tǒng)出力，單位為kW;

PLi（t）表示的鋰電池儲能系統(tǒng)出力，單位為kW;

PPV（t）表示的光伏有功出力，單位為kW;

Pload（t）表示的是整個系統(tǒng)的有功負(fù)荷需求，單位為kW。

根據(jù)系統(tǒng)功率平衡公式能夠?qū)夥?混合儲能系統(tǒng)的充放電功率進(jìn)行計算，計算公式為：

PHESS（t）=PPV（t）-Pload（t）

公式中PHESS（t）表示的是光伏-混合儲能系統(tǒng)的充放電功率。

因為光伏-混合儲能系統(tǒng)的充放電功率包括鉛酸電池子儲能系統(tǒng)與鋰電池子儲能系統(tǒng)的出力，還可以利用以下公式進(jìn)行計算：

PHESS（t）=PPb（t）+PLi（t）

2應(yīng)用效果與經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 應(yīng)用效果分析

將鉛酸電池-鋰電池作為光伏-混合儲能系統(tǒng)黑啟動電源進(jìn)行應(yīng)用時，在30秒運行周期內(nèi)，系統(tǒng)頻率為50Hz，將環(huán)境溫度設(shè)定為25℃，MPPT控制方式對光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行控制，該系統(tǒng)的輸出功率根據(jù)光照強度和環(huán)境的溫度變化。在實際運行過程中，是鉛酸電池以及鋰電池可以實現(xiàn)功率支撐：一旦系統(tǒng)功率出現(xiàn)不平衡的情況，鋰電池可以在最短時間內(nèi)進(jìn)行響應(yīng)，抑制功率波動，保證系統(tǒng)功率處于平衡狀態(tài)。而鉛酸電池儲能系統(tǒng)的功率響應(yīng)比較緩慢，當(dāng)鋰電池功率逐漸下降到零時，鉛酸電池可以提供系統(tǒng)所需的全部功率。這種方法可以對系統(tǒng)功率支撐進(jìn)行動態(tài)分配，能夠有效減少鋰電池出力，降低對鋰電池容量的需求[2]。

在平衡系統(tǒng)功率、調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓的過程中，鋰電池主要是對頻率比較高的功率波動進(jìn)行調(diào)節(jié)，而鉛酸電池主要是對低頻功率波動進(jìn)行調(diào)節(jié)。這與最初的控制算法設(shè)計目標(biāo)相一致。因為鋰電池具有暫態(tài)功能支撐，可以保證光伏-混合儲能系統(tǒng)在放電切換的過程中，鉛酸電池功率趨于平衡狀態(tài)，能夠充分發(fā)揮鉛酸電池以及鋰電池的互補優(yōu)勢。

2.2 經(jīng)濟(jì)性分析

對光伏-混合儲能微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析時，需要了解儲能系統(tǒng)全壽命周期成本的主要組成。通常情況下，光伏-混合儲能系統(tǒng)的周期成本主要包括投資成本、運行過程中的成本投入、報廢后的處理成本以及回收殘值等。在對光伏-混合儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析時，主要是對投資成本以及運行過程中的投入成本進(jìn)行分析，不對回收殘值以及報廢處理成本進(jìn)行考慮。

在對該儲能系統(tǒng)的投資成本進(jìn)行分析時，主要是對儲能變流器的單位功率投資成本以及電池本身的單位容量投資成本進(jìn)行分析。在對運行過程中維護(hù)成本進(jìn)行分析時，主要是對鉛酸電池儲能以及鋰電池儲能的單位電量運行維護(hù)成本以及充放電量進(jìn)行分析。

在對鉛酸電池-鋰電池儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)進(jìn)行分析時，將24小時作為一個運行周期進(jìn)行分析。在運行過程中，鉛酸電池-鋰電池儲能系統(tǒng)的容量比單純使用鋰電池的容量更大，充放電電量也比單純使用鋰電池的充放電電量大。但是其投資成本更低，這主要是因為與鋰電池儲能相比，鉛酸電池的投入成本比較低，能夠在極大程度上提高鉛酸電池-鋰電池儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

3結(jié)束語

總而言之，在對光伏-混合儲能微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制過程中對鉛酸電池-鋰電池儲能策略進(jìn)行綜合應(yīng)用，可以在確保滿足光伏-混合儲能微電網(wǎng)黑啟動功率以及電壓的基礎(chǔ)上，提升整個儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，具有較高的應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 俞雁飛.光伏—混合儲能直流微電網(wǎng)的電能控制技術(shù)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.

[2] 楊赟.基于混合儲能的光伏直流微電網(wǎng)控制策略的研究[D].廈門：廈門大學(xué)，2016.