馬越超

包頭職業(yè)技術(shù)學院，內(nèi)蒙古 包頭 014030

0 引言

隨著我國持續(xù)推進能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，風電、天然氣、光伏等已成為我國應對氣候變化、保障能源安全的重要內(nèi)容[1-2]。但風力發(fā)電具有巨大的隨機性，發(fā)電量極不穩(wěn)定。如果不設(shè)置合理的儲能裝置，會對電網(wǎng)造成巨大的沖擊。因此，逐步形成了以風能、太陽能和儲能系統(tǒng)為主的微電網(wǎng)。

微電網(wǎng)從結(jié)構(gòu)上可以分為交流微電網(wǎng)和直流微電網(wǎng)兩種形式，均可以并網(wǎng)和孤島運行。目前，對微電網(wǎng)的研究主要集中在運行控制策略方面，但微電網(wǎng)內(nèi)部能量流動關(guān)系復雜多變，因此研究如何對其進行實時監(jiān)控，對微電網(wǎng)的運行管理具有重要的意義。

1 直流微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)主要采用風儲直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。由于直流母線電壓是評判系統(tǒng)內(nèi)部功率平衡與否的唯一要素，故該監(jiān)控系統(tǒng)主要針對風機功率、負荷功率、蓄電池荷電狀態(tài)（SOC）及直流母線電壓進行監(jiān)控。相應的能量管理系統(tǒng)也重點在于平衡負荷、風機和儲能單元三者之間的關(guān)系。

1.1 直流微電網(wǎng)能量流動關(guān)系及各變換器控制策略

該系統(tǒng)可以在并網(wǎng)和孤島兩種狀態(tài)下運行，當系統(tǒng)并網(wǎng)運行時，由大電網(wǎng)控制母線電壓，風機保持最大功率跟蹤，蓄電池恒流充電；當系統(tǒng)孤島運行時，設(shè)定蓄電池充當系統(tǒng)的松弛終端，同時為了提高新能源利用率，優(yōu)先采用風機提供能量。當風力發(fā)電機組功率大于負荷所需功率時，為了保持內(nèi)部功率平衡，將風力發(fā)電系統(tǒng)盈余功率存儲到蓄電池中；當風力發(fā)電機組功率小于負荷所需功率時，系統(tǒng)內(nèi)部功率缺額，由蓄電池釋放能量使母線電壓維持穩(wěn)定。當蓄電池SOC達到上限時，為了保護蓄電池，可以將風機由最大功率控制轉(zhuǎn)為限功率控制；當蓄電池SOC達到下限時，為了維持系統(tǒng)內(nèi)部功率平衡，采用負荷減載控制策略，通過切除部分非關(guān)鍵性負載，維持母線電壓的穩(wěn)定[3-5]。

1.2 風力發(fā)電系統(tǒng)控制策略

風力發(fā)電機前級控制框圖如圖1所示。風力發(fā)電系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)子磁場定向控制，可實現(xiàn)在MPPT和LPTC模式間進行自由切換。為了實現(xiàn)風能的最大利用，風機一般工作在MPPT模式，僅在孤島當蓄電池SOC達到上限時，采用LPTC模式。

圖1 風力發(fā)電機前級控制框圖

圖1 中，C2為直流側(cè)電容，ωref為轉(zhuǎn)速參考值，ωm為風力機轉(zhuǎn)速測量值。i*

sd為無功電流參考值，isd和isq為定子電流。

1.3 儲能系統(tǒng)控制策略

蓄電池孤島運行時，采用恒壓控制穩(wěn)定直流母線電壓。并網(wǎng)運行時，當SOC在正常范圍內(nèi)時，采用恒壓充電控制策略；當SOC達到上限時，處于浮充狀態(tài)。當SOC到達下限時，為了保護蓄電池，并/離網(wǎng)模式下均封鎖脈沖，停止工作。蓄電池并/離網(wǎng)控制策略框圖如圖2所示。

圖2 蓄電池并/離網(wǎng)控制策略

圖2 中，Ib為蓄電池輸入電流，Ubat為蓄電池實際端電壓，Ubref為蓄電池空載端電壓；Ufref為蓄電池浮充參考電壓。

2 風儲直流微電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

為了便于對直流微電網(wǎng)進行監(jiān)控和維護，運用Unity 3D開發(fā)了上位機監(jiān)控界面，整體設(shè)計框圖如圖3所示。

圖3 風儲直流微電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計框圖

根據(jù)上述設(shè)計，進行仿真和上位機系統(tǒng)運行，實時傳送風儲直流微電網(wǎng)仿真運行中風速、風機功率、蓄電池功率、蓄電池SOC等信息，并在Unity 3D監(jiān)控界面上進行顯示，運行結(jié)果如圖4所示。

圖4 風儲直流微電網(wǎng)上位機監(jiān)控系統(tǒng)

3 結(jié)束語

文章主要設(shè)計了風儲直流微電網(wǎng)上位機監(jiān)控系統(tǒng)及相應控制策略的仿真運行，實現(xiàn)了MATLAB/Simulink中主要仿真數(shù)據(jù)（風力發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)等）在Unity 3D界面中的實時顯示，從而有效提高了系統(tǒng)監(jiān)控的實時性。