崔灝然 王金全 黃克峰 姚衛(wèi)波 周美權(quán)

含脈沖負(fù)載光儲(chǔ)微電網(wǎng)運(yùn)行特性研究

崔灝然 王金全 黃克峰 姚衛(wèi)波 周美權(quán)

（陸軍工程大學(xué)國(guó)防工程學(xué)院，南京 210007）

脈沖負(fù)載的暫態(tài)特性會(huì)對(duì)光儲(chǔ)微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，為了分析含脈沖負(fù)載光儲(chǔ)微電網(wǎng)的運(yùn)行特性，探究提升光儲(chǔ)微電網(wǎng)電能質(zhì)量的途徑，本文對(duì)含脈沖負(fù)載的光儲(chǔ)微電網(wǎng)進(jìn)行仿真建模和試驗(yàn)測(cè)試，分析脈沖負(fù)載峰值功率L、脈沖周期及占空比對(duì)光儲(chǔ)微電網(wǎng)交直流母線電能質(zhì)量的影響規(guī)律，并進(jìn)一步探究光照強(qiáng)度變化對(duì)含脈沖負(fù)載光儲(chǔ)微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響，為含脈沖負(fù)載光儲(chǔ)微電網(wǎng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

微電網(wǎng)；脈沖負(fù)載；下垂控制；建模仿真；光伏發(fā)電

0 引言

近年來(lái)，為改變以化石能源為主的發(fā)電現(xiàn)狀，推動(dòng)電能供給側(cè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，緩解全球環(huán)境污染問(wèn)題，以太陽(yáng)能、風(fēng)能為代表的可再生能源越來(lái)越受到重視。在微電網(wǎng)中，光伏發(fā)電的穩(wěn)定性受到天氣等因素的制約，需要并入儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電能進(jìn)行消納，維持系統(tǒng)內(nèi)供電穩(wěn)定，這樣就構(gòu)成了光儲(chǔ)微電網(wǎng)[1-2]。隨著軍事裝備的更新?lián)Q代，以相控陣?yán)走_(dá)為代表的先進(jìn)裝備被廣泛應(yīng)用。雷達(dá)的負(fù)荷特性呈連續(xù)脈沖狀，這類負(fù)荷被稱為脈沖負(fù)載[3]。采用多源并聯(lián)的光儲(chǔ)微電網(wǎng)為脈沖負(fù)載供電，一方面可以增強(qiáng)雷達(dá)等重要負(fù)荷的供電可靠性，另一方面由于太陽(yáng)能等新能源的引入，可以減少柴油發(fā)電機(jī)的燃油消耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的[4]，特別是能夠緩解偏遠(yuǎn)地區(qū)油料運(yùn)輸、存儲(chǔ)的壓力，具有重要的實(shí)用價(jià)值。但這類微電網(wǎng)容量有限，光伏功率輸出具有強(qiáng)烈的隨機(jī)性，脈沖負(fù)載帶來(lái)的高頻率、高功率連續(xù)沖擊會(huì)造成母線電能質(zhì)量下降。

針對(duì)含脈沖負(fù)載微電網(wǎng)的相關(guān)研究，多以柴油機(jī)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、直流微電網(wǎng)、市電接逆變器帶脈沖負(fù)載為主。文獻(xiàn)[5]構(gòu)建柴油發(fā)電機(jī)-整流器-雷達(dá)脈沖負(fù)載的試驗(yàn)平臺(tái)，分析濾波電容、脈沖負(fù)載的峰值功率、占空比和開(kāi)關(guān)周期對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響規(guī)律。文獻(xiàn)[6]將模糊控制引入柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，減少脈沖負(fù)載條件下柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，改善發(fā)電機(jī)輸出電能質(zhì)量。文獻(xiàn)[7]針對(duì)逆變器帶脈沖負(fù)載系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模和試驗(yàn)測(cè)試，分析脈沖負(fù)載不同工作模式對(duì)逆變器運(yùn)行的影響規(guī)律，但是直流端采用恒壓源為逆變器供電，相當(dāng)于系統(tǒng)容量無(wú)限大，削弱了脈沖負(fù)載對(duì)系統(tǒng)的影響。文獻(xiàn)[8-9]以現(xiàn)代電子雷達(dá)為研究對(duì)象，提出脈沖負(fù)載新型等效拓?fù)?，建立基于開(kāi)關(guān)函數(shù)的脈沖負(fù)載大信號(hào)模型。文獻(xiàn)[10-11]針對(duì)直流微電網(wǎng)，利用超級(jí)電容快速響應(yīng)的特性，構(gòu)建混合儲(chǔ)能供電的結(jié)構(gòu)，抑制直流微電網(wǎng)中脈沖負(fù)載引起的功率波動(dòng)。但是雷達(dá)多為交流負(fù)載裝備，在供電時(shí)只能將其看作“黑箱”，無(wú)法改變其內(nèi)部直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在工程應(yīng)用中難以直接使用直流母線為雷達(dá)負(fù)載供電。文獻(xiàn)[12]針對(duì)交直流微電網(wǎng)并網(wǎng)和孤島兩種工作模式，提出多源協(xié)調(diào)潮流控制策略，提升了脈沖負(fù)載條件下微電網(wǎng)的穩(wěn)定性，但是所用脈沖負(fù)載的脈沖頻率很低，與雷達(dá)負(fù)載實(shí)際工況有較大差距。

結(jié)合工程實(shí)際，本文以交直流混合微電網(wǎng)為研究背景，構(gòu)建“光伏+儲(chǔ)能+逆變器+脈沖負(fù)載”的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，搭建相應(yīng)的仿真和試驗(yàn)平臺(tái)。通過(guò)仿真和試驗(yàn)分析脈沖負(fù)載不同工作模式對(duì)微電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響規(guī)律；通過(guò)仿真進(jìn)一步探究脈沖負(fù)載條件下，光照強(qiáng)度變化對(duì)光儲(chǔ)微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響。

1 脈沖負(fù)載條件下光儲(chǔ)微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

本文采用文獻(xiàn)[12]提出的離網(wǎng)型光儲(chǔ)微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在確保脈沖負(fù)載條件下系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，可以充分利用可再生能源，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。光伏單元與儲(chǔ)能單元并聯(lián)在直流母線，經(jīng)過(guò)逆變器將電能轉(zhuǎn)換為交流電，為交流母線負(fù)載供電。儲(chǔ)能單元采用恒壓控制，光伏單元采用最大功率點(diǎn)跟蹤（maximum power point tracking, MPPT）控制，交流母線的電壓和頻率由逆變器控制。

圖1 微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 光伏發(fā)電單元建模

光伏發(fā)電陣列由多個(gè)光伏電池經(jīng)過(guò)串并聯(lián)組成。光伏電池的精確模型十分復(fù)雜，部分參數(shù)很難直接測(cè)量，不便于研究。為此，文獻(xiàn)[13]推導(dǎo)了實(shí)用性較強(qiáng)的模型，該模型使用光伏電池的4個(gè)主要電氣參數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)條件下（光照強(qiáng)度ref=1 000W/m2、溫度ref=25℃）短路電流scref、開(kāi)路電壓ocref、最大功率點(diǎn)電壓mref和最大功率點(diǎn)電流mref的測(cè)試參數(shù)。非標(biāo)準(zhǔn)條件下的-方程[13]為

非標(biāo)準(zhǔn)條件下的短路電流sc、開(kāi)路電壓oc、最大功率點(diǎn)電壓m和最大功率點(diǎn)電流m分別為

式中：air為空氣溫度；為溫度系數(shù)，其值為0.03℃·m2/W；補(bǔ)償系數(shù)、、分別為0.002 5℃、0.5m2/W、0.002 88℃；為實(shí)際光照強(qiáng)度。

在Matlab/Simulink環(huán)境中，通過(guò)式（1）和式（2）搭建光伏仿真模型，設(shè)置參數(shù)oc=175.12V，sc=23.79A，m=146.32V，m=20.50A，最大功率為3kW。采用Boost升壓電路作為直流母線側(cè)光伏模塊的接口電路，用最大功率跟蹤控制來(lái)實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電控制，具體的控制算法已經(jīng)較為成熟，此處不再贅述。

1.2 蓄電池儲(chǔ)能單元建模

直流母線是微電網(wǎng)中各個(gè)直流端口連接的橋梁，分布式發(fā)電單元輸出功率具有較大的隨機(jī)性，同時(shí)脈沖負(fù)載也持續(xù)帶來(lái)高頻功率擾動(dòng)，對(duì)直流母線的電壓穩(wěn)定造成不利影響。儲(chǔ)能單元可以通過(guò)充放電控制保持母線上的功率平衡，穩(wěn)定直流母線電壓。

儲(chǔ)能單元由蓄電池和雙向DC-DC變換器組成，圖2為儲(chǔ)能單元的結(jié)構(gòu)。蓄電池采用通用模型，由內(nèi)阻和受控電壓源串聯(lián)組成[14]。在運(yùn)行過(guò)程中，通常保持不變，的計(jì)算式為

式中：E0為內(nèi)電動(dòng)勢(shì)；Cmax為蓄電池的最大容量；Qe為放電量；A、B、K均為擬合參數(shù)，通過(guò)蓄電池的放電特性曲線得到；Aexp(-BQe)用于描述初始放電階段的指數(shù)特性。根據(jù)式（3）建立蓄電池通用模型，設(shè)置參數(shù)E0=108.724V，R=0.02W，K=0.021 008，A=9.272 4，B=0.3。

雙向DC-DC變換器采用電壓電流雙環(huán)控制。dc為直流母線電壓，b為蓄電池的電壓；dc為直流母線側(cè)電容，b為蓄電池側(cè)電容，為電感。圖3為雙環(huán)控制框圖，電壓外環(huán)中，采集直流母線實(shí)際電壓dc與參考電壓dcref比較得出的差值，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器后作為內(nèi)環(huán)電流參考值bref送入電流環(huán)，并與蓄電池電流b比較，得出的差值經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器送至PWM調(diào)制器，生成控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池充放電的控制。

圖3 雙環(huán)控制框圖

1.3 逆變器建模

逆變器是離網(wǎng)型微電網(wǎng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保持輸出電壓和頻率的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。圖4為三相電壓型逆變器的電路原理，由于系統(tǒng)中線路比較短，可以忽略線路阻抗的影響。逆變器由逆變環(huán)節(jié)、接口電路和控制環(huán)節(jié)組成，直流側(cè)與直流母線相連接，交流側(cè)經(jīng)濾波電路與交流母線相連。

圖4 三相電壓型逆變器電路原理

逆變器常用的控制方式有：控制、/控制、下垂控制及虛擬同步機(jī)控制。下垂控制是通過(guò)模擬發(fā)電機(jī)功頻特性使分布式電源共同參與維持系統(tǒng)頻率和電壓的穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)多逆變器并聯(lián)的無(wú)通信控制。本文采用下垂控制作為逆變器的控制方式，便于后期多逆變器并聯(lián)的研究，其簡(jiǎn)化等效電路如圖5所示。

圖5 簡(jiǎn)化等效電路

圖5中，∠為分布式電源輸出電壓，∠0為交流母線電壓，為電壓幅值，為電壓功角，j為線路阻抗。當(dāng)線路阻抗為感性時(shí)，分布式電壓輸出有功功率和無(wú)功功率為

由式（4）可知，當(dāng)線路等效為感性時(shí)，分布式電源輸出有功功率取決于，無(wú)功功率取決于，實(shí)現(xiàn)和的下垂控制，其核心控制方程為

式中：0、0分別為逆變器額定輸出的有功功率和無(wú)功功率；分別為逆變器實(shí)際輸出的有功功率和無(wú)功功率；f、u分別為有功/頻率下垂系數(shù)和無(wú)功/電壓下垂系數(shù)；0、0分別為逆變器頻率和電壓的參考值。

圖6為下垂控制框圖，首先通過(guò)測(cè)量分布式電源輸出的有功功率和無(wú)功功率，利用下垂特性確定和的參考值，經(jīng)過(guò)電壓電流雙環(huán)控制器生成SPWM調(diào)制參考信號(hào)，進(jìn)而控制逆變器。

圖6 下垂控制框圖

1.4 脈沖負(fù)載建模

脈沖負(fù)載的種類多種多樣，其中相控陣?yán)走_(dá)是連續(xù)脈沖負(fù)載典型代表。相控陣?yán)走_(dá)陣面由多個(gè)T/R組件構(gòu)成，在信號(hào)發(fā)射時(shí)輸出功率很高，而在信號(hào)接收時(shí)輸出功率很低，因此相控陣?yán)走_(dá)的負(fù)荷特性呈現(xiàn)出峰值功率高、平均功率低、脈沖周期為毫秒級(jí)的脈沖特性[3]。根據(jù)雷達(dá)負(fù)載工作實(shí)際情況，構(gòu)建如圖7所示的脈沖負(fù)載等效模型，由整流器、DC-DC穩(wěn)壓電路和直流開(kāi)關(guān)負(fù)載組成。采用三相不控整流器將交流電整流為直流，經(jīng)過(guò)Buck變換器穩(wěn)壓后為直流開(kāi)關(guān)負(fù)載供電，控制開(kāi)關(guān)SL的通斷使負(fù)載特性呈脈沖狀，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)SL的開(kāi)關(guān)周期、占空比和電阻L的阻值，使脈沖負(fù)載呈現(xiàn)出不同的工作模式。

圖7 脈沖負(fù)載模型

2 含脈沖負(fù)載光儲(chǔ)微電網(wǎng)運(yùn)行特性研究

根據(jù)圖1的結(jié)構(gòu)，在Matlab/Simulink仿真平臺(tái)中搭建暫態(tài)仿真模型，同時(shí)構(gòu)建實(shí)物試驗(yàn)平臺(tái)，試驗(yàn)裝置如圖8所示。儲(chǔ)能單元由多個(gè)蓄電池串聯(lián)組成，最大輸出功率為15kW，光伏單元采用Chroma公司62050H—600S光伏模擬器，最大輸出功率為3kW，脈沖負(fù)載結(jié)構(gòu)如圖7所示，使用高速同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采樣頻率48kHz。仿真與試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置一致，主要參數(shù)見(jiàn)表1。

圖8 試驗(yàn)裝置

表1 主要參數(shù)設(shè)置

2.1 脈沖負(fù)載條件下電能質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)

在含脈沖負(fù)載的微電網(wǎng)中，交流母線電壓、頻率、直流母線電壓始終處在波動(dòng)中，導(dǎo)致多數(shù)描述微電網(wǎng)電能質(zhì)量的指標(biāo)不適用于含脈沖負(fù)載的微電網(wǎng)。文獻(xiàn)[15]充分考慮脈沖負(fù)載條件下微電網(wǎng)的獨(dú)特性，提出了電壓相對(duì)偏差率（relative deviation rate, RDR）和直流電壓波動(dòng)率udc、頻率波動(dòng)率f、交流電壓波動(dòng)率u，來(lái)評(píng)價(jià)含脈沖負(fù)載微電網(wǎng)交直流母線電壓和頻率質(zhì)量，其表達(dá)式分別為

式中：dc_av為采樣周期內(nèi)直流電壓的平均值；dc_max和dc_min為采樣周期內(nèi)直流電壓的最大值和最小值；max、min分別為采樣時(shí)間內(nèi)頻率的最大值和最小值；av為頻率的平均值；max、min分別為采樣時(shí)間內(nèi)電壓有效值的最大值和最小值；av為交流電壓有效值的平均值；()為t到t+td時(shí)刻采樣的交流電壓；b()為與()頻率、電壓、相位一致的參考正弦信號(hào)；d為交流電壓()的周期及脈沖負(fù)載工作周期兩者的最小公倍數(shù)；bj為t到t+td時(shí)刻參考電壓b()的有效值；t為采樣時(shí)刻的起始點(diǎn)；為d的整數(shù)倍。

2.2 仿真與試驗(yàn)對(duì)比

在試驗(yàn)和仿真平臺(tái)中，設(shè)置脈沖負(fù)載的峰值功率L為8kW，脈沖周期為56ms，占空比為50%，仿真和試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。圖9（a）和圖9（b）分別為試驗(yàn)和仿真交流母線電壓波形，圖9（c）和圖9（d）分別為試驗(yàn)和仿真交流母線電流波形，圖9（e）和圖9（f）分別為試驗(yàn)和仿真直流母線電壓波形。

從圖9可以看出，脈沖負(fù)載導(dǎo)致系統(tǒng)電壓和頻率質(zhì)量嚴(yán)重下降，交流母線電壓電流嚴(yán)重畸變，直流母線電壓出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，仿真和試驗(yàn)波形基本一致，表明了所構(gòu)建仿真模型的有效性。

2.3 脈沖負(fù)載不同工作模式對(duì)系統(tǒng)的影響

為了消除光伏功率波動(dòng)的影響，在仿真和試驗(yàn)平臺(tái)中將環(huán)境設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)工況（光照強(qiáng)度為1 000W/m2、溫度為25℃）。通過(guò)脈沖負(fù)載峰值功率L、脈沖周期和占空比的不同組合，改變脈沖負(fù)載工作模式，分析脈沖負(fù)載不同工作模式對(duì)系統(tǒng)的影響，結(jié)果如圖10～圖12所示，其中實(shí)線為試驗(yàn)曲線，虛線為仿真曲線。

設(shè)定脈沖負(fù)載工作周期為56ms，占空比為50%，改變脈沖負(fù)載的峰值功率L，系統(tǒng)各項(xiàng)電能指標(biāo)見(jiàn)表2，多項(xiàng)式擬合曲線如圖10所示。從圖10可以看出，隨著峰值功率L增加，負(fù)載對(duì)系統(tǒng)的沖擊越強(qiáng)烈，f、u、RDRudc均呈上升趨勢(shì)。

表2 峰值功率PL變化時(shí)各項(xiàng)電能指標(biāo)

圖10 改變峰值功率PL時(shí)系統(tǒng)電能質(zhì)量

表3為脈沖負(fù)載峰值功率L=12kW，占空比= 50%，改變脈沖負(fù)載的脈沖周期，系統(tǒng)各項(xiàng)電能指標(biāo)參數(shù)，圖11為對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式擬合曲線。從圖11可以看出，脈沖周期增加時(shí)，udc、f、u、RDR均先上升后下降。分析其原因，當(dāng)較小時(shí)，脈沖負(fù)載變化速度比較快，系統(tǒng)中的濾波電容能夠補(bǔ)償脈沖負(fù)載帶來(lái)的沖擊，系統(tǒng)電能質(zhì)量較好；隨著不斷增加，脈沖周期已經(jīng)超過(guò)系統(tǒng)中濾波電容的充放電時(shí)間，不足以補(bǔ)償脈沖負(fù)載帶來(lái)的沖擊，此時(shí)系統(tǒng)電能質(zhì)量逐漸惡化；當(dāng)增大到一定程度時(shí)，脈沖負(fù)載對(duì)于系統(tǒng)而言可以等效為階躍負(fù)載，此時(shí)系統(tǒng)電能質(zhì)量逐漸好轉(zhuǎn)。

表3 脈沖周期T變化時(shí)各項(xiàng)電能指標(biāo)

圖11 改變脈沖周期T時(shí)系統(tǒng)電能質(zhì)量

表4為脈沖負(fù)載峰值功率L=15kW，脈沖周期=56ms，改變脈沖負(fù)載的占空比，系統(tǒng)各項(xiàng)電能指標(biāo)參數(shù)，圖12為對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式擬合曲線。從圖12可以看出，占空比增加時(shí)，f、u、udc均先上升后下降，并在≈50%左右時(shí)達(dá)到最大。分析其原因，當(dāng)趨于0時(shí)，脈沖負(fù)載平均功率較小，對(duì)系統(tǒng)沖擊弱，f、u、RDRudc值較?。划?dāng)在50%附近時(shí)，脈沖負(fù)載平均功率變大，脈沖特性逐漸增強(qiáng)，對(duì)系統(tǒng)的沖擊較強(qiáng)，f、uudc值達(dá)到最大；當(dāng)趨近于100%時(shí)，因?yàn)槊}沖負(fù)載內(nèi)部結(jié)構(gòu)含有不控整流器，可等效為整流型負(fù)載，對(duì)系統(tǒng)沖擊減弱，f、u、udc值逐漸減小，但此時(shí)因負(fù)載功率較大，諧波功率也會(huì)較大，使電壓波形發(fā)生畸變，此時(shí)RDR值仍比較高。

表4 占空比D變化時(shí)各項(xiàng)電能指標(biāo)

圖12 改變占空比D時(shí)系統(tǒng)電能質(zhì)量

通過(guò)以上分析可以得出：試驗(yàn)和仿真結(jié)果具有較高一致性，能夠反映脈沖負(fù)載參數(shù)變化對(duì)光儲(chǔ)微電網(wǎng)運(yùn)行的影響，當(dāng)脈沖負(fù)載峰值功率L越高、占空比為50%～60%、脈沖周期為60～80ms時(shí)對(duì)系統(tǒng)電能質(zhì)量影響最大。采用光儲(chǔ)單元為逆變器供電，脈沖負(fù)載會(huì)使交流母線電能質(zhì)量惡化，直流母線電壓出現(xiàn)較大范圍波動(dòng)，交直流母線電能質(zhì)量難以滿足為其他負(fù)載正常供電的要求。

2.4 脈沖負(fù)載條件下光照強(qiáng)度對(duì)系統(tǒng)的影響

在仿真平臺(tái)中，設(shè)置脈沖負(fù)載工作模式不變，環(huán)境溫度保持25℃，改變光照強(qiáng)度，分析脈沖負(fù)載條件下光照強(qiáng)度波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。為貼近實(shí)際情況，本文采集實(shí)際環(huán)境中兩個(gè)小時(shí)的光照變化，將其作為仿真中光伏單元的光照強(qiáng)度。光照強(qiáng)度變化情況如圖13所示。

圖13 光照強(qiáng)度變化情況

設(shè)置仿真時(shí)長(zhǎng)為6.5s，0.5s時(shí)逆變器啟動(dòng)，1s時(shí)交流母線接入10kW恒功率負(fù)載，3s時(shí)接入脈沖負(fù)載。脈沖負(fù)載峰值功率L為16kW，占空比為50%，脈沖周期為56ms。光伏單元參數(shù)設(shè)置為oc=350.2V，sc=63.4A，m=292.6V，m=61.5A，使標(biāo)準(zhǔn)工況下光伏單元輸出最大功率點(diǎn)為18kW，其他仿真參數(shù)與2.3節(jié)保持一致。光照強(qiáng)度波動(dòng)仿真結(jié)果如圖14所示。

由圖13和圖14（a）可知，光伏單元輸出功率能夠跟隨光照強(qiáng)度的變化，實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。從圖14（b）可以看出，在恒功率負(fù)載條件下，直流母線電壓穩(wěn)定在520V附近；在脈沖負(fù)載條件下，直流母線電壓出現(xiàn)較大幅度波動(dòng)。分析圖14（a）～圖14（d）可以得到，隨著光照強(qiáng)度的變化，蓄電池和光伏單元的輸出功率互補(bǔ)，能夠滿足系統(tǒng)內(nèi)功率需求。當(dāng)光照強(qiáng)度在900～1 000W/m2時(shí)，在恒功率負(fù)載條件下，蓄電池出現(xiàn)正常充放電切換狀態(tài)；在脈沖負(fù)載條件下，蓄電池處于高頻充放電切換狀態(tài)，且充放電頻率與脈沖負(fù)載頻率相關(guān)。這是因?yàn)槊}沖負(fù)載產(chǎn)生的能量沖擊直接影響蓄電池的輸出功率，當(dāng)光伏單元輸出功率與負(fù)載平均功率接近時(shí)，蓄電池因?yàn)槊}沖負(fù)載功率波動(dòng)而處于高頻充放電切換狀態(tài)，影響系統(tǒng)的可靠性和蓄電池的使用壽命，在含脈沖負(fù)載實(shí)際工程中，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)光伏單元輸出功率與負(fù)載平均功率接近的情況。

圖14 光照強(qiáng)度波動(dòng)仿真結(jié)果

3 結(jié)論

相控陣?yán)走_(dá)等脈沖負(fù)載工作時(shí)，會(huì)影響光儲(chǔ)微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文對(duì)含脈沖負(fù)載光儲(chǔ)微電網(wǎng)進(jìn)行了仿真建模和試驗(yàn)測(cè)試，分析了脈沖負(fù)載占空比、峰值功率L和脈沖周期對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律的影響；探究了脈沖負(fù)載條件下光照強(qiáng)度對(duì)光儲(chǔ)微電網(wǎng)的影響，得到以下結(jié)論：

1）脈沖負(fù)載工作時(shí)，造成光儲(chǔ)微電網(wǎng)頻率波動(dòng)、直流電壓波動(dòng)、交流電壓波動(dòng)。當(dāng)脈沖負(fù)載峰值功率L越高、占空比為50%～60%、脈沖周期為60～80ms時(shí)對(duì)系統(tǒng)電能質(zhì)量影響最大。

2）在脈沖負(fù)載條件下，隨著光照強(qiáng)度的變化，當(dāng)光伏單元輸出功率與負(fù)載平均功率接近時(shí)，會(huì)使蓄電池處于高頻充放電切換狀態(tài)，影響系統(tǒng)的可靠性和蓄電池的使用壽命，應(yīng)避免系統(tǒng)處于這種狀態(tài)。

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Research on operating characteristics of photovoltaic and battery microgrid with pulsed load

CUI Haoran WANG Jinquan HUANG Kefeng YAO Weibo ZHOU Meiquan

(College of Defense Engineering, Army Engineering University of PLA, Nanjing 210007)

The transient characteristics of the pulse load have an adverse effect on the stable operation of the photovoltaic and battery microgrid. In order to analyze the operation law of the photovoltaic and battery microgrid with pulsed load, explore methods to improve the power quality of the photovoltaic and battery microgrid, this paper conducts simulation modeling and experimental testing on the photovoltaic and battery microgrid with pulsed load, analyzes the impact of pulse load peak powerL, pulse periodand duty cycleon the power quality of the AC-DC bus of the photovoltaic and battery microgrid, and explores the influence of light intensity change on the stable operation of the photovoltaic and battery microgrid with pulsed load. It provides an important basis for the application design of the photovoltaic and battery microgrid with pulsed load.

microgrids; pulsed load; droop control; modeling and simulation; photovoltaic power generation

2022-01-17

2022-02-25

崔灝然（1997—），男，陜西省渭南市人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電與智能電網(wǎng)。

江蘇省青年科學(xué)基金（BK20190574）