何飛帆,高文根,於 躍

安徽工程大學(xué) 電氣工程學(xué)院,安徽 蕪湖 241000

1 引 言

新型可再生能源已然成為解決能源危機的最佳手段,伴隨著國家對低碳生活的要求和政策,以光能、風(fēng)能和水能為代表的一系列可再生能源在電網(wǎng)中所占比例持續(xù)增加,但新能源發(fā)電受天氣、環(huán)境和溫度等各方面影響,導(dǎo)致并網(wǎng)發(fā)電功率波動較大,給電網(wǎng)調(diào)度方面帶來諸多困難[1-2]。為了緩解這一棘手問題,以光伏發(fā)電為例,現(xiàn)有的大型光伏電站一般都通過對光伏發(fā)電量進(jìn)行預(yù)測并規(guī)劃發(fā)電計劃,再通過競標(biāo)的形式獲得并網(wǎng)權(quán)。即使如此,由于大型光伏電站的容量很大,向外輸電的工程中存在很多問題,因此在規(guī)劃與實際情況出現(xiàn)較大偏差或系統(tǒng)故障等情況時,會出現(xiàn)棄光現(xiàn)象,嚴(yán)重時甚至?xí)痣娋W(wǎng)解列[3-4]。

復(fù)合儲能系統(tǒng)主要用于平抑系統(tǒng)中的功率波動,補償功率缺額[5-6]。復(fù)合儲能系統(tǒng)中的功率分配問題一直是業(yè)內(nèi)研究的熱點,在文獻(xiàn)[7]中提出一種在儲能系統(tǒng)獨立運行時,根據(jù)儲能元件SOC設(shè)計模糊控制器并通過模糊算法動態(tài)的調(diào)節(jié)下垂系數(shù),但該論文將充放電過程在長周期內(nèi)分開討論,未能考慮到短周期內(nèi)儲能系統(tǒng)的充放轉(zhuǎn)換;文獻(xiàn)[8]根據(jù)各時間段電價和用電需求側(cè)的變化,從宏觀方面設(shè)計了一種針對光氫儲微網(wǎng)的調(diào)度方案,但此方案未考慮新能源發(fā)電的不穩(wěn)定性所帶來的影響;文獻(xiàn)[9]提出利用模糊控制和加權(quán)移動平均濾波算法對權(quán)重系數(shù)和濾波帶寬進(jìn)行實時調(diào)整,以此來達(dá)到自動調(diào)整儲能系統(tǒng)SOC的目的,但由于其控制方式為實時控制,可能會造成儲能系統(tǒng)充放次數(shù)頻繁,縮短儲能系統(tǒng)設(shè)備的使用壽命;文獻(xiàn)[10]提出一種摒棄濾波方式,只根據(jù)超級電容SOC大小分配能量的方法,以此來消除使用濾波器帶來的功率波動,但該方法更容易造成單個儲能元件在長周期內(nèi)頻繁充放電,加速其元件損壞,縮短儲能元件使用壽命。

文獻(xiàn)[11]提出了一種基于能量預(yù)測的光伏微電網(wǎng)復(fù)合儲能控制策略方法,首先在光伏和負(fù)載能量預(yù)測的基礎(chǔ)上制定并網(wǎng)調(diào)度計劃,再根據(jù)實際并網(wǎng)調(diào)度與計劃并網(wǎng)調(diào)度的誤差對儲能系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控,但該研究將能量差額平均分配給儲能系統(tǒng),沒有考慮微電網(wǎng)功率波動的非線性特性。本文在該文獻(xiàn)的控制方法基礎(chǔ)上,綜合考慮微電網(wǎng)功率波動的非線性特性,在預(yù)測能量與實際能量的誤差分配環(huán)節(jié)加入模糊控制器,通過模糊控制對誤差進(jìn)行實時的分配以此來防止儲能系統(tǒng)SOC越限,并實現(xiàn)蓄電池與超級電容的參考功率優(yōu)化分配。仿真結(jié)果表明,經(jīng)過模糊控制后的儲能元件輸出功率符合其特性,在長時間尺度上,實際并網(wǎng)功率能準(zhǔn)確跟蹤并網(wǎng)調(diào)度,蓄電池SOC保持在百分之五十左右波動,避免儲能系統(tǒng)過充(過放)問題,提高了復(fù)合儲能系統(tǒng)的魯棒性。

2 含復(fù)合儲能的光伏微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

2.1 微電網(wǎng)簡介

微電網(wǎng)(Micro-grid)又可稱為微網(wǎng),其結(jié)構(gòu)是由電網(wǎng)和分布式發(fā)電單元組成電源,發(fā)電單元通過能量轉(zhuǎn)換器將電量輸入到母線,同時再由母線通過轉(zhuǎn)換器將電能輸送到用戶。當(dāng)發(fā)生特殊情況時,微電網(wǎng)不僅可以選擇并網(wǎng)運行,還可以選擇脫離電網(wǎng)進(jìn)行離網(wǎng)運行。因此,微電網(wǎng)不僅可以解決大規(guī)模的分布式發(fā)電單元并聯(lián)接入問題,而且還可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢,在面對大規(guī)模緊急情況中發(fā)揮充分作用。微電網(wǎng)將從根本上改變傳統(tǒng)的應(yīng)對負(fù)荷增長的方式,在降低能耗、提高電力系統(tǒng)可靠性和靈活性方面具有巨大潛力[12]。

微電網(wǎng)可以根據(jù)其運行方式的不同分為以下兩種模式:并網(wǎng)模式和離網(wǎng)模式。并網(wǎng)模式下的微電網(wǎng)由發(fā)電單元、負(fù)荷單元、控制單元、儲能單元以及電網(wǎng)所組成。當(dāng)微電網(wǎng)對電網(wǎng)的滲透率較低的情況下時,電網(wǎng)可以作為備用電源填補能量。但由于微電網(wǎng)內(nèi)部的電源和負(fù)荷具有不確定性,故當(dāng)電網(wǎng)中的微電網(wǎng)數(shù)量逐漸增大時,將會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。離網(wǎng)模式下的微電網(wǎng)失去了電網(wǎng)的支撐,其電源與負(fù)荷的功率平衡將由微電網(wǎng)自身來調(diào)節(jié)。但由于微電網(wǎng)體量較小,很容易引發(fā)電壓過小、超頻等現(xiàn)象,從而導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。加入了新型可再生能源的微電網(wǎng)由于可再生能源受到環(huán)境與地理位置等因素的影響,其發(fā)電量具有隨機性。同時,由于微電網(wǎng)中的負(fù)荷也具有隨機性,因此由儲能系統(tǒng)對微電網(wǎng)功率調(diào)節(jié)成為平衡源荷功率的重要途徑。

2.2 復(fù)合儲能系統(tǒng)組成

當(dāng)電源提供能量不足以滿足負(fù)載消耗時,儲能系統(tǒng)放電補足空缺;同理,當(dāng)電源提供能量大于負(fù)載消耗時,儲能系統(tǒng)吸收能量并儲存。儲能系統(tǒng)可以按照其功能劃分為兩類,即功率型儲能與能量型儲能(如超級電容和磷酸鐵鋰電池等)。功率型儲能主要是滿足微電網(wǎng)系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)需求,要求儲能電池功率密度高、響應(yīng)速度快、允許頻繁充放電;能量型儲能主要是微電網(wǎng)系統(tǒng)的能量吞吐需求,要求儲能電池能量密度大[13]。本文選擇以超級電容和磷酸鐵鋰電池所組成的復(fù)合儲能系統(tǒng)(表1),超級電容作為功率型儲能電池具有響應(yīng)時間快,響應(yīng)時間短,可頻繁充放電等特點,可用于微電網(wǎng)的瞬態(tài)功率調(diào)整,維持電壓和頻率的穩(wěn)定;磷酸鐵鋰電池作為能量型儲能具有價格便宜、功率密度大、響應(yīng)速度與超級電容形成互補等特點,主要用于滿足微電網(wǎng)各單元功率調(diào)節(jié)需求。

表1 復(fù)合儲能系統(tǒng)兩種電池功能劃分Table 1 Function division of two kinds of batteries in composite energy storage system

2.3 光伏-儲能-負(fù)荷微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)由光伏發(fā)電單元、儲能單元和負(fù)荷三部分組成,其結(jié)構(gòu)可根據(jù)不同的能量轉(zhuǎn)換方式分為直流型、交流型和混合型。直流型微電網(wǎng)是通過直流母線將電源、儲能和負(fù)載三者相連,然后通過直流母線直接進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換;交流型微電網(wǎng)采用交流總線,實現(xiàn)電源、儲能、負(fù)載互聯(lián)和能量轉(zhuǎn)換;混合型微電網(wǎng)采用內(nèi)部直流總線將產(chǎn)生的直流電通過AC/DC逆變器轉(zhuǎn)化為交流電輸出到交流母線中。本文采用并網(wǎng)模式下的交流型光伏微電網(wǎng),相對于直流型和混合型而言,交流型投入成本更低,結(jié)構(gòu)相對簡單,性價比更高。如圖1所示,分布式光伏發(fā)電單元由逆變器將產(chǎn)生的直流電逆變?yōu)榻涣麟娸敵龅浇涣髂妇€;直流母線通過電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(Power Conversion System,PCS)連接到交流母線,交流母線通過耦合(Point of Common Coupling,PCC)開關(guān)連接到電源變壓器,然后通過變壓器連接到電網(wǎng)。微電網(wǎng)通過PCC點與電網(wǎng)交換電能,交流和直流總線通過PCS交換電能。通過控制混合儲能能量的放電,穩(wěn)定直流側(cè)光伏發(fā)電和交流側(cè)負(fù)載功率的波動。復(fù)合儲能單元由超級電容和蓄電池組成,通過PCS并聯(lián)到交流母線,放電狀態(tài)下通過功率變換系統(tǒng)將蓄電池中的直流電轉(zhuǎn)換成交流電輸出到交流母線;充電狀態(tài)下通過功率變換系統(tǒng)將交流母線中的交流電轉(zhuǎn)換為直流電儲存在蓄電池當(dāng)中;負(fù)載直接并聯(lián)到交流母線當(dāng)中。

圖1 光伏、儲能、負(fù)荷微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of photovoltaic,energy storage and load microgrid

光伏微電網(wǎng)中的各單元關(guān)系如圖1所示,Ppvi為光伏微電網(wǎng)各支路發(fā)電單元,其中i∈[1,n],PLj為負(fù)荷單元用電功率,其中j∈[1,m],Pg為實際并網(wǎng)功率,Pc為超級電容輸出功率,Pb為蓄電池輸出功率;Ppv為各支路光伏發(fā)電功率之和,其對應(yīng)的光伏預(yù)測值為Ppvp;PL為光伏微電網(wǎng)中負(fù)荷元件消耗的總功率,其對應(yīng)的負(fù)荷預(yù)測值為PLp;同時,記光-荷的預(yù)測值之和為Ppp,其實際值為Pp。

3 基于能量預(yù)測與跟蹤并網(wǎng)調(diào)度的復(fù)合儲能控制策略

3.1 光伏微電網(wǎng)中復(fù)合儲能系統(tǒng)的控制方法

此方案首先根據(jù)光伏發(fā)電量的預(yù)測值和負(fù)荷的預(yù)測值,計算出以一天(1 d)為周期的并網(wǎng)功率預(yù)測值;其次,獲取并網(wǎng)計劃調(diào)度曲線,再以小時(h)為周期更新能量預(yù)測值反饋到并網(wǎng)計劃,通過控制儲能系統(tǒng)進(jìn)行充放電來平抑功率波動誤差;最后,實現(xiàn)光伏微電網(wǎng)跟蹤并網(wǎng)調(diào)度計劃的控制目標(biāo)。

由于并網(wǎng)調(diào)度計劃與預(yù)測值的誤差受到環(huán)境、天氣等各種不確定因素的影響,所以其數(shù)值處于實時波動的狀態(tài)。為了減少儲能系統(tǒng)充放次數(shù),針對并網(wǎng)調(diào)度計劃與預(yù)測值的誤差值設(shè)置一個誤差帶。當(dāng)并網(wǎng)調(diào)度計劃與預(yù)測值的差值沒有超過誤差取值范圍時,儲能系統(tǒng)不工作;當(dāng)誤差超過允許誤差且實際并網(wǎng)功率大于調(diào)度并網(wǎng)功率時,儲能系統(tǒng)進(jìn)行充電吸收多余能量;同理,當(dāng)誤差超過允許誤差且實際并網(wǎng)功率小于調(diào)度并網(wǎng)功率時,儲能系統(tǒng)放電補償并網(wǎng)功率。

假設(shè)交直流能量轉(zhuǎn)化中不存在損耗,則令光伏微電網(wǎng)跟蹤電網(wǎng)調(diào)度的計劃并網(wǎng)功率為Ps,為了實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度目標(biāo),需要跟蹤計劃并網(wǎng)功率輸出,通過控制復(fù)合儲能輸出功率來平抑功率偏差ΔP,則有:

Pg=PPVp+PLp

ΔP=PS-Pp=PS-PPV-PL

為了實現(xiàn)并網(wǎng)調(diào)度目標(biāo),有必要跟蹤規(guī)劃的并網(wǎng)發(fā)電量,并通過控制混合儲能裝置的輸出功率來穩(wěn)定功率偏差,然后存在:

PH=PS-PG=PS-PL+PPV

當(dāng)PH>0時,表示實際并網(wǎng)功率大于計劃并網(wǎng)功率,此時儲能系統(tǒng)應(yīng)通過充電來吸收多余的電量;當(dāng)PH=0時,表示實際并網(wǎng)功率等于計劃并網(wǎng)功率,此時儲能系統(tǒng)不工作;當(dāng)PH<0時,實際并網(wǎng)功率小于計劃并網(wǎng)功率,控制儲能系統(tǒng)放電補足偏差。

3.2 光伏微電網(wǎng)復(fù)合儲能系統(tǒng)控制流程

基于能量預(yù)測與并網(wǎng)調(diào)度計劃的復(fù)合儲能控制方案如圖2所示。根據(jù)光伏和負(fù)荷一天的預(yù)測值,結(jié)合蓄能系統(tǒng)狀態(tài)來制定并網(wǎng)調(diào)度計劃,電網(wǎng)根據(jù)調(diào)度計劃進(jìn)行放電。再將每日預(yù)測值和實際電網(wǎng)調(diào)度總量分解成以小時為周期,再將得到預(yù)測值與實際調(diào)度值做對比,得到以小時為周期的差值ΔEp,h,最后由儲能系統(tǒng)進(jìn)行充放電對差值平抑補缺。與此同時,將差值ΔEp,h以小時為周期滾動預(yù)測下一個周期的能量狀態(tài),實際并網(wǎng)根據(jù)所得差值進(jìn)行補缺,以此來修正日預(yù)測誤差獲得更加準(zhǔn)確的儲能功率修正參考值,達(dá)到更佳的控制目標(biāo)。圖2中Td表示為以1 d為周期;Th表示為以小時為周期;Ep,d表示為1 d的光伏與負(fù)荷能量預(yù)測值;Ep,h表示為以小時為周期的光伏與負(fù)荷能量預(yù)測值;ΔEp,h為以小時為周期實際電網(wǎng)輸出值與光-荷能量預(yù)測值的誤差。

圖2 光伏微電網(wǎng)復(fù)合儲能系統(tǒng)控制流程Fig. 2 Control process of photovoltaic microgrid composite energy storage system

3.3 跟蹤并網(wǎng)調(diào)度的復(fù)合儲能系統(tǒng)能量控制策略

由圖2可知,并網(wǎng)調(diào)度1 d內(nèi)(Td)能量預(yù)測值為

1 h(Th)內(nèi)的并網(wǎng)能量預(yù)測值為

實際需要的并網(wǎng)能量為

根據(jù)光伏微電網(wǎng)能量預(yù)測值和實際并網(wǎng)能量值,預(yù)計未來調(diào)度周期內(nèi)的產(chǎn)生的能量誤差為

在文獻(xiàn)[11]中,針對能量差額ΔEp,采用按時間平均分配到調(diào)度周期的方式,即:

(1)

式(1)中,kc為超級電容分配系數(shù),kb為蓄電池分配系數(shù)。根據(jù)調(diào)度周期Td和分配系數(shù),將能量差額平均分配給儲能系統(tǒng)。由于采用均值算法沒有考慮微電網(wǎng)系統(tǒng)功率波動的非線性特性,尤其是蓄電池的SOC非線性特性,可能會導(dǎo)致儲能系統(tǒng)出現(xiàn)過充或過放現(xiàn)象,從而造成儲能系統(tǒng)元件的損壞,例如:當(dāng)儲能系統(tǒng)SOC較低時,系統(tǒng)仍處于放電狀態(tài),由于線性算法的緣故使得儲能元件無法根據(jù)自身狀態(tài)來調(diào)整放電量,從而導(dǎo)致儲能元件產(chǎn)生過放現(xiàn)象而退出系統(tǒng);同理,當(dāng)儲能系統(tǒng)SOC較高時,系統(tǒng)仍處于充電狀態(tài),由于無法自動調(diào)整充電量,從而導(dǎo)致儲能元件產(chǎn)生過充以至于導(dǎo)致微電網(wǎng)棄光現(xiàn)象的產(chǎn)生。故在此基礎(chǔ)上加入模糊控制器,在考慮儲能元件SOC狀態(tài)的同時,對功率修正系數(shù)進(jìn)行實時調(diào)控。

4 模糊控制優(yōu)化的儲能系統(tǒng)控制策略

4.1 模糊控制在復(fù)合儲能系統(tǒng)上的應(yīng)用

當(dāng)實際并網(wǎng)調(diào)度與光-荷預(yù)測值出現(xiàn)差值時,需要儲能系統(tǒng)介入平抑或補充差額。由于超級電容和蓄電池組成的儲能系統(tǒng)本身具有容量限制,所以必須要考慮儲能元件本身的荷電狀態(tài)。

為了保證儲能元件處于安全運行的狀態(tài),本文提出了一種以模糊控制為基礎(chǔ),可以實時監(jiān)控并修正超級電容和蓄電池功率參考值的系統(tǒng),更適合于解決系統(tǒng)運行過程中的非線性問題。

模糊控制流程如圖3所示:首先,確定輸入輸出物理量;其次,確定模糊子集的隸屬函數(shù)并制定模糊控制規(guī)則;最后,將得到的模糊值通過清晰化處理得到輸出清晰量。

圖3 模糊控制策略設(shè)計流程Fig. 3 Design process of fuzzy control strategy

加入模糊控制的作用:當(dāng)儲能元件容量即將到達(dá)限定容量,儲能元件依舊保持充電或放電狀態(tài)時,適當(dāng)?shù)恼{(diào)整功率參考值,避免儲能元件因為過充或過放而造成損壞,提高儲能系統(tǒng)的使用壽命。

4.2 復(fù)合儲能系統(tǒng)模糊控制策略

在運用模糊控制之前,需要先表示出各儲能元件的SOC值以及功率充放狀態(tài)。由式(1)可知,蓄電池分配系數(shù)和超級電容分配系數(shù)互補,因此此處取蓄電池為例。

在應(yīng)用模糊控制之前,需要先將蓄電池有功功率輸出和荷電狀態(tài)SOC進(jìn)行歸一化處理,蓄電池SOC歸一化方程表示如下[14]:

其中,Sb,ref為蓄電池SOC的期望值,εb(t)的論域為[-1,1],取極端值說明:當(dāng)εb(t)=-1時,表示蓄電池處于枯竭狀態(tài);當(dāng)εb(t)=1時,表示蓄電池處于飽和狀態(tài)。

有功功率參考值隸屬度表示如下[15]:

目前,確定隸屬度函數(shù)的常用方法有多種,本文采用最常用的專家經(jīng)驗法,根據(jù)專家實際經(jīng)驗給出的模糊信息,初步確定粗略的隸屬函數(shù),再進(jìn)行多次試驗,根據(jù)實際效果進(jìn)行修正和調(diào)整隸屬函數(shù)。

如圖4所示,將εb(t)和ηb(t)作為兩個輸入連接到模糊控制器兩個輸入接口,取兩者論域為[-1,1],其輸入模糊集合表示為{NB,NS,ZO,PS,PB},分別代表儲能系統(tǒng)中蓄電池的SOC含量為:低、較低、適中、較高、高。其模糊控制器輸出值為功率修正值,記為kb(t),將其離散論域定義為[-1,-0.6,-0.3,0,0.3,0.6,1],模糊子集為[NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB]。

圖4 蓄電池輸入隸屬度函數(shù)Fig. 4 Battery input membership function

本文的模糊規(guī)則主要根據(jù)以下幾條原則設(shè)計:當(dāng)蓄電池的SOC含量較小,且蓄電池放電功率仍處于較大時,則減小有功功率輸出值,避免過放現(xiàn)象的產(chǎn)生;當(dāng)蓄電池SOC處于中間值時,按照功率參考值進(jìn)行補償;當(dāng)蓄電池SOC較大時,而蓄電池仍處于充電狀態(tài),則減小有功功率輸入值,避免過充現(xiàn)象的產(chǎn)生。根據(jù)以上理論,得出輸入隸屬函數(shù)(圖4)和輸出隸屬函數(shù)(圖5)。

圖5 蓄電池輸出隸屬度函數(shù)Fig. 5 Battery output membership function

模糊控制表如表2所示,選取一條加以說明:

表2 控制規(guī)則表Table 2 Control rules

Ifεb(t)is ZO andηb(t)is ZO,thenkb(t) is ZE.

規(guī)則表明:當(dāng)蓄電池中SOC含量與參考值含量相差適中(ZO),且蓄電池有功功率參考值與有功功率實際值相差適中時(ZO),此時蓄電池修正系數(shù)輸出為0(ZE)。除此以外,考慮蓄電池本身特性,當(dāng)蓄電池荷電狀態(tài)處于適中范圍時,可適當(dāng)增大其充電或放電功率。

由于得到的輸出值為模糊變量,因此需要進(jìn)行清晰化處理:清晰化計算通常有加權(quán)平均法(重心法),最大隸屬度法,和中位數(shù)法等。本文采用重心法對輸出的模糊集合進(jìn)行清晰化處理,得到實時功率修正數(shù)據(jù)kb(t),從而得到儲能設(shè)備功率修正值為

4.3 模糊控制下的復(fù)合儲能系統(tǒng)能量調(diào)控

根據(jù)文獻(xiàn)[11]可知:工作狀態(tài)下,蓄電池放電/充電的SOC的表達(dá)公式為

(2)

(3)

其中,T為SOC更新周期;Pfa為放電功率;Pch為充電功率;μc為充電效率;Sn為額定容量;μf為放電效率。

將儲能設(shè)備功率修正值加入式(2)中,得到在放電狀態(tài)下,蓄電池的放電有功功率參考值為

將儲能設(shè)備功率修正值加入式(3)中,得到在充電狀態(tài)下,蓄電池的充電有功功率參考值為

同時,儲能元件的充放電功率應(yīng)該保持在其元件規(guī)定的范圍內(nèi)。因此,為了保證儲能元件的充放功率保持在允許的范圍內(nèi),應(yīng)對其功率加以約束條件來保證系統(tǒng)的安全:

5 仿真分析

基于上述理論,本文在仿真軟件MATLAB/Simulink中搭建模型并進(jìn)行仿真分析。在本文的算例中,儲能元件的允許充電(放電)深度設(shè)為0%～100%,SOC初始值設(shè)定為50%,仿真時間尺度為24 h,光伏能量預(yù)測和負(fù)荷能量預(yù)測以1 h為周期滾動更新。仿真參數(shù)如表3所示,儲能元件容量配置方案如表4所示。

表3 仿真參數(shù)Tabel 3 Simulation parameters

表4 儲能容量配置方案Table 4 Configuration scheme of energy storage capacity

通過仿真驗證復(fù)合儲能控制策略的有效性,得到超級電容與蓄電池的功率如圖6所示,超級電容充放次數(shù)大于蓄電池充放次數(shù),蓄電池的充放功率大于超級電容,符合超級電容和蓄電池功率特性。

圖6 優(yōu)化后的超級電容與蓄電池功率曲線Fig. 6 Optimized supercapacitor and battery power curves

由圖7可知,光伏微電網(wǎng)實際并網(wǎng)功率曲線Pg能夠跟蹤并網(wǎng)調(diào)度曲線Ps。且由于超級電容由于本身元件的物理特性,使其響應(yīng)時間更短,可進(jìn)行頻繁的充放電,因此利用低通濾波器將波動功率中分解后的高頻分量由超級電容平抑;由于蓄電池輸出功率緩慢,承擔(dān)功率較大,因此可用來補償波動功率中的低頻分量。

圖7 實際并網(wǎng)功率跟蹤并網(wǎng)調(diào)度曲線Fig. 7 Actual grid-connected power tracking grid-connected dispatching curve

圖8為1 d時間內(nèi)負(fù)荷功率變化圖。以蓄電池為例,為驗證模糊控制對SOC控制的時效性和調(diào)節(jié)的有效性,圖9為蓄電池未經(jīng)過模糊控制的SOC變化曲線,圖10為蓄電池經(jīng)過模糊控制優(yōu)化后的SOC變化曲線,圖11為蓄電池經(jīng)過模糊控制時的功率修正曲線。

圖8 負(fù)荷功率曲線Fig. 8 Load power curve

圖9 優(yōu)化前蓄電池SOC變化曲線Fig. 9 Change curve of battery SOC before optimization

圖10 優(yōu)化后的變化曲線Fig.10 Change curve of battery SOC after optimization

圖11 蓄電池功率修改系數(shù)Fig.11 Modification factor of battery power

由圖10可知,模糊控制下的蓄電池SOC值在50%左右波動,當(dāng)蓄電池SOC達(dá)到設(shè)定的敏感區(qū)域時能夠及時的進(jìn)行功率修正,使得SOC保持在合理的位置,防止蓄電池過充過放。

6 結(jié) 論

選擇了一種以能量預(yù)測為基礎(chǔ),跟蹤并網(wǎng)調(diào)度的復(fù)合儲能控制策略,此策略實現(xiàn)了在更長時間尺度上穩(wěn)定響應(yīng)系統(tǒng)的控制需求。在此儲能控制控制策略的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化,利用模糊算法對非線性問題處理優(yōu)勢,在儲能元件功率分配的情況中加入模糊控制器。兼顧考慮儲能電池SOC的非線性特性,設(shè)計微電網(wǎng)預(yù)測能量與實際并網(wǎng)能量的差額分配算法,對儲能系統(tǒng)有功功率參考值進(jìn)行實時修正,從而達(dá)到調(diào)節(jié)儲能系統(tǒng)SOC的效果。實現(xiàn)在長時間尺度中,實際并網(wǎng)功率能準(zhǔn)確跟蹤并網(wǎng)調(diào)度的情況下,儲能元件不會產(chǎn)生過充或過放的情況,降低了儲能元件的損壞率,提高了復(fù)合儲能系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定性能,延長了儲能系統(tǒng)的使用壽命。仿真結(jié)果表明,與優(yōu)化前的控制策略相比,在相同工況下優(yōu)化后的控制策略使蓄電池SOC波動范圍縮小15.6%,一直保持在40%～60%之間波動。