劉海濤 馬丙泰 郝思鵬 黃 鋮張匡翼

(1.南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院,江蘇南京 211167;2.江蘇省配電網(wǎng)智能技術(shù)與裝備協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京 211167)

1 引言

近年來(lái),風(fēng)、光等新能源發(fā)電的快速發(fā)展,儲(chǔ)能技術(shù)正以其靈活的功率調(diào)節(jié)能力和良好的可控性,展現(xiàn)出前所未有的發(fā)展前景[1].蓄電池作為能量型儲(chǔ)能代表,承擔(dān)平抑波動(dòng)功率的低頻變化部分,適應(yīng)其響應(yīng)速度慢、長(zhǎng)期穩(wěn)定供電特點(diǎn);超級(jí)電容作為功率型儲(chǔ)能代表,承擔(dān)平抑波動(dòng)功率的高頻快速變化部分,適應(yīng)其響應(yīng)速度快、短時(shí)間內(nèi)輸出功率密度高的充放電特點(diǎn)[2].混合儲(chǔ)能系統(tǒng)將兩種類型儲(chǔ)能結(jié)合使用,因兼有能量密度大、功率密度高的雙重屬性而備受關(guān)注.由于波動(dòng)性和隨機(jī)性,風(fēng)光可再生能源的規(guī)?；⒕W(wǎng),對(duì)電網(wǎng)造成了較大的影響,而利用混合儲(chǔ)能可提高可再生能源的消納及系統(tǒng)穩(wěn)定性[3–4].

針對(duì)光伏并網(wǎng)模型研究,文獻(xiàn)[5]提出了一種光伏(photovoltaic,PV)的最大功率點(diǎn)跟蹤(maximum power point tracking,MPPT)控制和混合儲(chǔ)能系統(tǒng)協(xié)調(diào)平抑光伏并網(wǎng)功率波動(dòng)策略.電壓源型換流器(voltage source converter,VSC)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是目前電力電子化電力系統(tǒng)穩(wěn)定性研究中最受關(guān)注、最具有實(shí)際應(yīng)用意義的重要問(wèn)題之一[6].文獻(xiàn)[7]討論非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的軟開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的可行性和實(shí)現(xiàn)方法,為下一代高功率密度非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器打下基礎(chǔ).文獻(xiàn)[8]通過(guò)對(duì)光伏–儲(chǔ)能微電網(wǎng)系統(tǒng)中的功率變換器的恒功率控制和直流母線電壓無(wú)靜差跟蹤控制策略進(jìn)行協(xié)調(diào)、整合,有效維持了微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行;VSC采用的電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)控制均通過(guò)比例–積分(proportional integral,PI)調(diào)節(jié)器進(jìn)行串聯(lián)校正,采用合適的方法設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器的參數(shù),對(duì)于控制系統(tǒng)的性能起著重要的作用.在直流母線電壓無(wú)靜差跟蹤控制中[9],常使用實(shí)測(cè)電壓與參考電壓的差值經(jīng)傳統(tǒng)PI進(jìn)行控制,以維持公共直流母線電壓平穩(wěn).針對(duì)傳統(tǒng)PI控制參數(shù)整定較為困難,難以在復(fù)雜工況下保持良好的控制性能[10];文獻(xiàn)[11–12]分別采用滑模PI控制及深度學(xué)習(xí)模型控制,以提高直流母線電壓穩(wěn)態(tài)精度與響應(yīng)速度.但滑?？刂破鞯妮敵龊瘮?shù)中控制參數(shù)需要通過(guò)其他方式進(jìn)行設(shè)置;深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要與確定策略梯度融合,算法控制過(guò)程復(fù)雜.文獻(xiàn)[13]提出一種變論域模糊PI控制,根據(jù)輸入誤差的大小實(shí)時(shí)調(diào)整模糊論域來(lái)得到更好的控制效果,但模糊控制運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)、效率不佳.

考慮到能量型與功率型儲(chǔ)能各自承擔(dān)功率分量的特點(diǎn),文獻(xiàn)[14–15]采用改進(jìn)優(yōu)化控制策略對(duì)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)剩余功率(residual power of hybrid energy storage system,Phess)進(jìn)行分配,保持荷電狀態(tài)(state of charge,SOC)維持在合理范圍內(nèi),高效地平抑新能源功率波動(dòng);但沒(méi)有考慮超級(jí)電容充放電速度快,其SOC變化迅速特點(diǎn),容易存在過(guò)充過(guò)放問(wèn)題.因此,考慮超級(jí)電容荷電狀態(tài)(super capacitor state of charge,SOCsc)的混合儲(chǔ)能功率再次分配問(wèn)題得到學(xué)者廣泛關(guān)注.基于變分模態(tài)分解–模糊控制策略以平抑風(fēng)電功率波動(dòng),保持SOC維持在合理范圍,避免過(guò)充和過(guò)放的發(fā)生[16];文獻(xiàn)[17–18]分別采用變分模態(tài)分解與小波包分解對(duì)Phess進(jìn)行初級(jí)分配;其次,監(jiān)測(cè)SOCsc并進(jìn)行混合儲(chǔ)能二次功率分配,使儲(chǔ)能元件工作在SOC安全范圍內(nèi),延長(zhǎng)了儲(chǔ)能元件的經(jīng)濟(jì)壽命.但變分模態(tài)分解需要考慮分解模態(tài)數(shù)及二次罰函數(shù)因子的合理選擇;小波包分解所需數(shù)據(jù)量較多,計(jì)算工作量較大.文獻(xiàn)[19]提出了一種基于離散一致性算法的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)負(fù)荷功率分配分層控制策略;下層進(jìn)行功率一次分配,上層使用一致性算法產(chǎn)生電流修正量再次進(jìn)行功率控制,使得混合儲(chǔ)能SOC運(yùn)行于合理工作區(qū)間.

基于以上分析,針對(duì)光伏并網(wǎng)VSC系統(tǒng)中外環(huán)直流母線電壓無(wú)靜差控制常采用傳統(tǒng)PI控制方式,直流母線電壓穩(wěn)定于參考電壓偏差較大的問(wèn)題;提出了改進(jìn)PI控制方法,使公共直流母線電壓更準(zhǔn)確的平穩(wěn)于參考值,并獲得系統(tǒng)真實(shí)SOCsc.其次,提出了基于SOCsc的交互控制及限值管理的混合儲(chǔ)能二次功率分配控制策略,優(yōu)化SOCsc工作模式.通過(guò)搭建光儲(chǔ)并網(wǎng)模型進(jìn)行分析,表明改進(jìn)型PI控制方法的優(yōu)越性;同時(shí)在超級(jí)電容正常運(yùn)行、臨界充放電與極限放電3種運(yùn)行區(qū)間下進(jìn)行仿真,驗(yàn)證了所提控制策略的正確性和有效性.

2 光伏并網(wǎng)結(jié)構(gòu)

本文搭建的典型光伏并網(wǎng)模型結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要包括光伏發(fā)電單元、大電網(wǎng)單元、VSC單元、交直流負(fù)荷單元、蓄電池和超級(jí)電容構(gòu)成的混合儲(chǔ)能及其控制系統(tǒng)單元.光伏模塊通過(guò)單向DC/DC變換器與直流母線相連;直流–交流母線間通過(guò)VSC連接;混合儲(chǔ)能單元通過(guò)雙向DC/DC變換器與直流母線相連,實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng);混合儲(chǔ)能控制系統(tǒng)單元控制混合儲(chǔ)能系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)功率分配.

圖1 光伏并網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Photovoltaic grid-connected structure

3 改進(jìn)外環(huán)直流母線電壓無(wú)靜差控制

為提升有功和無(wú)功控制性能,VSC控制器通常采用dq0坐標(biāo)系下的雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)[9].外環(huán)控制器實(shí)現(xiàn)直流電壓、無(wú)功功率或交流電壓控制,輸出為內(nèi)環(huán)電流解耦控制器的目標(biāo)電流值;內(nèi)環(huán)采用直接電流矢量控制.本文VSC外環(huán)采用簡(jiǎn)化恒功率控制和恒直流母線電壓恒無(wú)功功率控制[20].圖2表示傳統(tǒng)PI控制下直流母線電壓無(wú)靜差跟蹤控制框圖[6,8],Udc為直流母線電壓實(shí)際輸出測(cè)量值,Udc-ref為直流母線電壓設(shè)定參考值.基于模糊PI控制相關(guān)理論[13],對(duì)傳統(tǒng)PI控制方法進(jìn)行改進(jìn).為實(shí)現(xiàn)改進(jìn)型PI控制,使得Ue=Udc-ref?Udc差值最小(即實(shí)現(xiàn)無(wú)誤差跟蹤),進(jìn)而維持公共直流母線電壓更好穩(wěn)定于參考值.以系統(tǒng)Udc與Udcref的偏差及偏差變化率為輸入變量,該輸入變量經(jīng)函數(shù)c1,c2控制,能夠減小系統(tǒng)反饋的直流母線電壓值與參考值間的差值,并通過(guò)PI控制進(jìn)行電壓穩(wěn)定跟蹤;通過(guò)函數(shù)c3獲得輸出信號(hào)Id-ref,作為VSC電流內(nèi)環(huán)控制輸入目標(biāo)電流值,能夠避免VSC中3相功率因數(shù)大幅度震蕩,維持系統(tǒng)穩(wěn)定性.改進(jìn)PI控制框圖如圖3所示.

圖2 傳統(tǒng)PI控制框圖Fig.2 Traditional PI control block diagram

圖3 改進(jìn)PI控制框圖Fig.3 Improved PI control block diagram

通過(guò)函數(shù)c1,c2,c3獲得相應(yīng)的控制系數(shù)c1,c2,c3,具體計(jì)算公式如式(1)所示.

其中: maxU,minU表示Ue中的最大值與最小值;max|U′|,min|U′|表示Ue的一階導(dǎo)數(shù)中絕對(duì)值的最大值與最小值,Udcmax表示直流母線電壓最大值.

4 基于交互控制及限值管理混合儲(chǔ)能系統(tǒng)功率分配策略

微電網(wǎng)中的功率波動(dòng)可劃分為高頻與低頻2種模式,其中低頻波動(dòng)功率幅值較大、變化緩慢、周期長(zhǎng),由蓄電池承擔(dān);高頻波動(dòng)功率幅值較小、周期短,由超級(jí)電容承擔(dān).混合儲(chǔ)能系統(tǒng)只進(jìn)行一次功率分配策略雖然能夠平抑分布式發(fā)電功率波動(dòng),但實(shí)際運(yùn)行中超級(jí)電容容量配置相對(duì)較小,充放電速度快,且功率始終取決于蓄電池未補(bǔ)償功率,易造成超級(jí)電容過(guò)充過(guò)放,不僅影響超級(jí)電容使用壽命,還有可能造成擊穿等危險(xiǎn)[21].為解決該問(wèn)題,本文提出基于SOCsc的交互控制及限值管理混合儲(chǔ)能系統(tǒng)二次功率分配控制策略.

4.1 超級(jí)電容SOC劃分

為使儲(chǔ)能單元能夠有效運(yùn)行,需要設(shè)置SOC正常工作范圍[22].將SOCsc進(jìn)行劃分,如圖4所示.a1和b1是(極限)充放電警戒值;a,b是臨界充放電警戒值.4個(gè)警戒值將SOCsc分為3種狀態(tài),即正常運(yùn)行狀態(tài)、臨界充放電狀態(tài)和極限充放電狀態(tài).

圖4 超級(jí)電容SOC劃分Fig.4 Super capacitor SOC division

4.2 功率分配控制策略

混合儲(chǔ)能功率分配脈沖觸發(fā)控制框圖如圖5所示.系統(tǒng)Phess經(jīng)過(guò)低通濾波器(Low pass filter,LPF)進(jìn)行一次功率分配;Ibat,Isc表示流過(guò)蓄電池、超級(jí)電容的電流值,電流間差值經(jīng)過(guò)PI控制,產(chǎn)生混合儲(chǔ)能充放電觸發(fā)脈沖信號(hào),從而控制混合儲(chǔ)能單元進(jìn)行充放電.低頻功率分給蓄電池(Pb-ref),超級(jí)電容功率表示為Psc-ref=Phess ?Pb-ref.依據(jù)圖4可以將混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制分為如下3種工作運(yùn)行區(qū)間:

圖5 混合儲(chǔ)能功率分配控制框圖Fig.5 Power distribution control block diagram of hybrid energy storage

1) 正常運(yùn)行區(qū)間:a≤SOCsc≤b.

在該區(qū)間內(nèi),SOCsc處于圖4正常運(yùn)行狀態(tài),混合儲(chǔ)能進(jìn)行正常功率分配,維持系統(tǒng)穩(wěn)定.

2) 臨界充放電區(qū)間:b

圖5中,Ib-ref=Pb-ref/Ubat,Iscref=Psc-ref/Usc為 一次功率分配蓄電池、超級(jí)電容的計(jì)算參考電流.在臨界充放電情況下Ib-ref=Ibref-1,Iscref=Isc-ref1,Isc-refn=Isc-ref+Ivir,表示在該充放電區(qū)間,增加了虛擬修正電流作用后二次功率分配的混合儲(chǔ)能電流;控制超級(jí)電容充放電觸發(fā)脈沖信號(hào),改變超級(jí)電容的功率交換量,達(dá)到功率再分配的目的.

其中,虛擬修正電流Ivir計(jì)算公式如式(2)所示.

式中:K為交互速率因子,SOCscref為超級(jí)電容荷電狀態(tài)參考值,虛擬修正電流取決于SOCsc偏移量SOCsc?SOCscref與交互速率因子K的乘積.式(2)表明:SOCsc位于臨界放電區(qū)間內(nèi),且仍需繼續(xù)放電時(shí),Ivir取負(fù)值,減小超級(jí)電容放電電流(放電電流為正);在該區(qū)間內(nèi)Pscref<0時(shí),超級(jí)電容維持充電狀態(tài),Ivir為0.當(dāng)SOCsc位于臨界充電區(qū)間內(nèi),且仍需繼續(xù)充電時(shí),Ivir取正值,減小超級(jí)電容充電電流(充電電流為負(fù));在該區(qū)間內(nèi)Pscref>0時(shí),超級(jí)電容維持放電狀態(tài),Ivir為0.在混合儲(chǔ)能控制單元中,交互速率因子K對(duì)Ivir的影響也至關(guān)重要.K越大,交互電流、功率越大,交互速度越快;K較小會(huì)導(dǎo)致Ivir偏小,轉(zhuǎn)換時(shí)間變長(zhǎng).

3) 極限充放電區(qū)間:0

表1 交互控制及限值管理混合儲(chǔ)能系統(tǒng)功率分配Table 1 Power distribution of hybrid energy storage system with interactive control and limit management

5 算例分析

為驗(yàn)證本文提出的改進(jìn)PI控制及基于SOCsc交互控制與限值管理混合儲(chǔ)能系統(tǒng)二次功率分配控制策略的有效性,搭建如圖1所示光伏并網(wǎng)模型.設(shè)置直流負(fù)荷在0.8 s、1.5 s,交流負(fù)荷在1.4 s發(fā)生變化.圖4中a1=0.25,a=0.3,b=0.7,b1=0.8.K取值區(qū)間為[1,4],臨界充電期間設(shè)置SOCscref=0.7,K=2.2;臨界放電期間設(shè)置SOCscref=0.3,K=2.4.

5.1 公共直流母線電壓對(duì)比

在同一仿真模型及條件下,PI控制中,相應(yīng)控制參數(shù)如表2所示.

表2 PI模型控制參數(shù)Table 2 PI model control parameters

對(duì)VSC控制中直流母線電壓無(wú)靜差控制中不同PI控制方式進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如圖6所示.系統(tǒng)參考電壓為700 V(Udc-ref);傳統(tǒng)PI控制下系統(tǒng)直流母線電壓基本維持在680 V左右(Udc);改進(jìn)型PI控制(改進(jìn)Udc)與模糊PI 控制(模糊PIUdc)使得直流母線電壓很好的維持在參考電壓值附近,但模糊PI控制條件下系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng),效率明顯降低.結(jié)果表明所述改進(jìn)PI方法的優(yōu)越性.

圖6 直流母線電壓曲線對(duì)比Fig.6 Comparison of DC bus voltage curves

當(dāng)公共直流母線電壓與參考電壓相差較大時(shí),光伏并網(wǎng)模型中不能真實(shí)反映超級(jí)電容實(shí)時(shí)SOC,進(jìn)而使得基于SOCsc控制的功率再分配存在較大偏差.圖7給出了改進(jìn)PI控制(IPPISOCsc曲線)、傳統(tǒng)PI控制(PISOCsc曲線)與參考控制條件下(SOCscref曲線)SOCsc曲線對(duì)比示意圖,SOCscref曲線表示將電壓差值設(shè)置為0時(shí)(即Ue=0,系統(tǒng)沒(méi)有誤差)獲得的SOCsc曲線.圖7表明,在公共直流母線電壓穩(wěn)定于參考值狀態(tài)下,IPPISOCsc曲線更接近于參考曲線,能夠真實(shí)反映系統(tǒng)實(shí)時(shí)SOCsc值;而PISOCsc曲線與系統(tǒng)參考結(jié)果差異較大,影響基于SOCsc控制的混合儲(chǔ)能二次功率分配策略的準(zhǔn)確性.

圖7 PI控制超級(jí)電容荷電狀態(tài)曲線Fig.7 PI control super capacitor state of charge curve

在系統(tǒng)維持公共直流母線電壓平穩(wěn)于參考值情況下,通過(guò)分析SOCsc的變化趨勢(shì),驗(yàn)證所提二次功率分配控制策略的有效性.分別對(duì)以下工作區(qū)間進(jìn)行具體分析.

5.2 超級(jí)電容工作在正常運(yùn)行區(qū)間及臨界充電區(qū)間

圖8為SOCsc曲線對(duì)比結(jié)果,圖9為蓄電池充放電電流變化曲線對(duì)比結(jié)果.其中原SOC、Ibat曲線表示不采用控制手段條件下仿真曲線;新控制SOC、Ibat曲線表示采用本文所提控制方法下曲線.0.6 s 前表示正常運(yùn)行期間,SOCsc曲線、Ibat曲線保持一致.區(qū)域a中,當(dāng)超級(jí)電容充電將至臨界區(qū)間時(shí),Ivir開(kāi)始動(dòng)作,減小超級(jí)電容充電電流,使得蓄電池充電電流變大(區(qū)域1所示),增加蓄電池充電電量,緩解SOCsc變化趨勢(shì).約0.8 s時(shí),超級(jí)電容轉(zhuǎn)為放電狀態(tài),SOCsc曲線開(kāi)始同趨勢(shì)、幅度下降,蓄電池電流快速達(dá)到與原電流同步狀態(tài).區(qū)域b(區(qū)域2)中,當(dāng)超級(jí)電容繼續(xù)充電且系統(tǒng)仍使得超級(jí)電容保持充電趨勢(shì)時(shí),不采用控制手段下SOCsc不斷升高接近限值管理充電區(qū)間;而采用本文所述控制方法在SOCsc達(dá)到臨界充電警戒值后,由于Ivir作用使SOCsc變化趨勢(shì)開(kāi)始變緩,超級(jí)電容充電電量減小,蓄電池充電電流增加,緩解SOCsc變化幅度,并使SOCsc往正常運(yùn)行區(qū)間變動(dòng).

虛擬修正電流圖形如圖10所示,Ivir值相對(duì)大小(相對(duì)于超級(jí)電容電流值)決定了本文所提控制方法下SOCsc變化趨勢(shì)快慢,Ivir數(shù)值越大,作用趨勢(shì)越強(qiáng).圖10中出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象原因?yàn)?當(dāng)Psc>0 時(shí)(短暫),超級(jí)電容放電,Ivir不參與控制,其值為0;只有在臨界充電區(qū)間且繼續(xù)充電情況下Ivir產(chǎn)生作用,其值不為0.圖8區(qū)域b與圖9區(qū)域2可以看出,在1.6～1.8 s間由于Ivir值不斷變化(相對(duì)增加),新控制SOC曲線在1.6 s 時(shí),超出臨界充電警戒值,但變化趨勢(shì)明顯緩慢;在1.8～2.2 s間Ivir值相對(duì)較大,使得SOCsc趨向于正常運(yùn)行區(qū)間內(nèi)變動(dòng).

圖8 超級(jí)電容荷電狀態(tài)變化曲線對(duì)比圖Fig.8 Comparative diagram of charge state change curve of super capacitor

圖9 蓄電池充放電電流曲線對(duì)比圖Fig.9 Comparison diagram of battery charge and discharge current curves

圖10 臨界充電期間Ivir曲線Fig.10 Ivir curve during critical charging

圖11–12給出了圖8–9仿真運(yùn)行4 s時(shí)曲線.圖11表明,2.9 s時(shí),SOCsc控制在臨界充電警戒值,在前一段時(shí)間內(nèi)Ivir加持下,SOCsc仍繼續(xù)往正常運(yùn)行區(qū)間變動(dòng),而后由于Psc<0,Ivir持續(xù)為0,SOCsc開(kāi)始緩慢增加.3.8 s后,Ivir大小保持恒定值,SOCsc穩(wěn)定于臨界充電警戒值處不再增加;若運(yùn)行后期Psc>0(即放電),SOCsc曲線將開(kāi)始降低.圖12給出了蓄電池充放電電流曲線圖,在運(yùn)行2.5 s后,新控制Ibat曲線逐漸逼近原Ibat曲線,并在仿真后期接近并平行于原Ibat曲線,維持相對(duì)較大的充電電流.圖10中,在1.6～2.8 s間,前期Ivir不足以產(chǎn)生較好的控制效果,SOCsc變化較小;使得圖11中1.6～2.8 s間仍有SOCsc超過(guò)臨界充電警戒值(70%),但SOCsc增長(zhǎng)趨勢(shì)緩慢;隨著Ivir增大,使得SOCsc逐漸往正常區(qū)間變動(dòng),約2.9 s低于70%.考慮前期Ivir加持作用,SOCsc繼續(xù)小幅度減小,圖11中原SOC曲線表明,1.8 s后超級(jí)電容總體上處于充電狀態(tài)(即Psc<0,且Psc大小基本穩(wěn)定),SOCsc最終穩(wěn)定在70%,如圖11虛線框所示.

圖11 超級(jí)電容荷電狀態(tài)變化曲線對(duì)比圖Fig.11 Comparison diagram of charging state change curve of super capacitor

圖12 蓄電池充放電電流曲線對(duì)比圖Fig.12 Comparison diagram of battery charging and discharging current curve

5.3 超級(jí)電容工作在臨界放電區(qū)間

圖13中,由區(qū)域c(下面兩條曲線)可以看出,無(wú)控制條件下SOCsc低于極限放電警戒值,即超級(jí)電容放電至極限放電區(qū)域仍然繼續(xù)放電,超級(jí)電容存在過(guò)放現(xiàn)象.采用本文所述控制方法時(shí),當(dāng)接近臨界放電區(qū)域時(shí),Ivir開(kāi)始動(dòng)作,其曲線如圖14所示.Ivir開(kāi)始期間數(shù)值較小,減小了超級(jí)電容放電趨勢(shì),使SOCsc往正常區(qū)間變化(但趨勢(shì)較緩);蓄電池放電電流變大,如圖15區(qū)域3所示,增加了蓄電池放電電量,緩解超級(jí)電容放電變化趨勢(shì).Ivir在0.13 s～0.2 s間達(dá)到最大且幅值保持不變,SOCsc維持在極限放電區(qū)間不變,0.2 s后開(kāi)始大幅度充電,荷電狀態(tài)開(kāi)始上升.

圖13 超級(jí)電容荷電狀態(tài)變化曲線對(duì)比圖Fig.13 Comparison diagram of charging state change curve of super capacitor

圖14 臨界放電期間Ivir曲線Fig.14 Ivir curve during critical discharge

圖15 蓄電池充放電電流曲線對(duì)比圖Fig.15 Comparison diagram of battery charge and discharge current curves

5.4 超級(jí)電容工作在限值管理區(qū)間

當(dāng)臨界充放電控制方法無(wú)法滿足條件時(shí)(Ivir相對(duì)較小控制效果緩慢,且仍不斷繼續(xù)充電/放電),SOCsc會(huì)達(dá)到極限充放電區(qū)域.在該狀態(tài)下,采用限制管理對(duì)SOCsc進(jìn)行約束,限制超級(jí)電容繼續(xù)充放電,蓄電池承擔(dān)所有剩余功率.為驗(yàn)證所述方法的有效性,本文以極限放電限值管理為例進(jìn)行分析.如圖13中區(qū)域d曲線所示,其中限值管理SOC曲線表示采用了限值管理后的SOCsc曲線,可以看出經(jīng)臨界放電區(qū)間控制后,雖然使SOCsc變化趨勢(shì)減緩,但未能使SOCsc維持在臨界放電區(qū)域.采用限值管理后,SOCsc可維持不低于極限放電警戒值,避免過(guò)放現(xiàn)象,從而延長(zhǎng)超級(jí)電容使用壽命.

6 結(jié)論

考慮到并網(wǎng)VSC中外環(huán)直流母線電壓無(wú)靜差控制,常采用傳統(tǒng)PI控制使得直流母線電壓平穩(wěn)性較差.提出了改進(jìn)PI控制方式,相比于傳統(tǒng)PI控制方法,能夠維持公共直流母線電壓平穩(wěn)于參考值,以獲得光儲(chǔ)并網(wǎng)模型真實(shí)的SOCsc.考慮到超級(jí)電容充放電速度快特點(diǎn),提出基于SOCsc交互控制及限值管理的控制方法優(yōu)化SOCsc,使其保持較好的工作特性.在混合儲(chǔ)能系統(tǒng)臨界充放電狀態(tài)下,通過(guò)引入虛擬修正電流,控制儲(chǔ)能元件之間功率再分配;在極限充放電狀態(tài)下,采用限值管理,限制超級(jí)電容充放電,避免其過(guò)充過(guò)放現(xiàn)象,延長(zhǎng)其使用壽命.