摘 要：針對(duì)智能微電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定、功率輸出不均問題，提出基于分層控制的光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化策略。分析不同運(yùn)行模式下含光伏與儲(chǔ)能設(shè)備的智能微電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)載功率邊界，并提出基于分層控制的放電下垂控制策略和充電模糊控制策略，確定光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)的新負(fù)載功率邊界。隨后，設(shè)計(jì)基于分層控制的光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化策略，在實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能模塊間充電或放電功率自動(dòng)調(diào)節(jié)分配，增強(qiáng)智能微電網(wǎng)負(fù)載功率承載能力的同時(shí)，可克服電壓波動(dòng)問題。最后，仿真模型和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)獲得的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，所提協(xié)調(diào)優(yōu)化策略具有可行性，有利于提高光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性、安全性及經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：光伏；儲(chǔ)能；功率；微電網(wǎng)；分層控制

中圖分類號(hào)：TM72；TK51 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

智能微電網(wǎng)是串聯(lián)配電網(wǎng)與電源的紐帶，能夠兼容光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合發(fā)電中的交流負(fù)荷，已在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。但智能微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)仍存在電壓波動(dòng)問題［1-2］，不利于區(qū)域電壓穩(wěn)定，降低了在新能源發(fā)電、軌道交通等領(lǐng)域的利用效率。而光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合發(fā)電憑借低成本綠色電源優(yōu)勢(shì)［3］，可滿足智能微電網(wǎng)電力與能量需求［4］，減少整個(gè)智能微電網(wǎng)運(yùn)營費(fèi)用［5］，故其通常應(yīng)用于智能微電網(wǎng)運(yùn)行過程。另外，分層控制策略可通過調(diào)節(jié)輸出功率穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，提高光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)運(yùn)行效率，降低部分設(shè)備控制器的工作量，促使系統(tǒng)分工更加明確［6］，為智能微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行提供了新思路。由此，光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)功率如何借助分層控制策略進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化成為需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。

為提高微電網(wǎng)的電壓、頻率穩(wěn)定性，國內(nèi)外專家對(duì)混合儲(chǔ)能微電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化進(jìn)行了大量研究。文獻(xiàn)［7］提出城市軌道交通再生儲(chǔ)能和智能微電網(wǎng)的拓?fù)錁?gòu)造，能夠推動(dòng)二者協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)作，達(dá)到節(jié)約能源和減少碳排放的目標(biāo)；文獻(xiàn)［8］針對(duì)發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能與電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能之間的調(diào)度制定協(xié)調(diào)優(yōu)化決策框架，降低了儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行成本，顯著提高了微電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；文獻(xiàn)［9］針對(duì)多儲(chǔ)能模塊并聯(lián)的孤島直流微電網(wǎng)功率分配精度和電壓降落問題，提出一種包括電壓偏移和下垂斜率調(diào)整的分層分布式協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能模塊精確功率共享和直流母線電壓自恢復(fù)；文獻(xiàn)［10］設(shè)計(jì)了基于電感電流的改進(jìn)虛擬RC 下垂控制協(xié)調(diào)優(yōu)化策略，將獨(dú)立運(yùn)行直流微電網(wǎng)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)需要響應(yīng)的凈功率，按其波動(dòng)頻率合理地分配給鋰電池和超級(jí)電容；文獻(xiàn)［11］基于最大化存儲(chǔ)效率的目標(biāo)函數(shù)設(shè)定一個(gè)優(yōu)化代碼，形成混合儲(chǔ)能微電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化集成電解槽和燃料電池尺寸；文獻(xiàn)［12］基于分層控制提出一種改進(jìn)的混合儲(chǔ)能微電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化配置方法，可對(duì)系統(tǒng)頻率、電壓跌落進(jìn)行瞬間補(bǔ)償。

以上研究主要針對(duì)混合儲(chǔ)能微電網(wǎng)的減排、下垂控制、電池性能展開分析，而基于分層控制視角探索光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化的文獻(xiàn)較少。立足于上述分析，并針對(duì)微電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定及功率輸出不均的問題，本文提出基于分層控制的光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化策略。所提策略首先分析智能微電網(wǎng)4 種運(yùn)行模式的負(fù)載功率邊界與靈敏性，再制定基于分層控制的充電、放電策略，以便進(jìn)行光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合的智能微電網(wǎng)電壓、功率自調(diào)，從而提高智能微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性、安全性及經(jīng)濟(jì)性。

1 光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)的硬件包含電網(wǎng)、負(fù)荷、監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)力機(jī)、光伏組件、儲(chǔ)能電池、柴油發(fā)電機(jī)組、智能切換柜等設(shè)備［13］；軟件控制系統(tǒng)包含分布式微型能源、輸配電系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、用戶負(fù)荷等設(shè)施［14］。

2 光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)傳統(tǒng)控制策略

光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)的組成結(jié)構(gòu)同前文，運(yùn)行過程中的負(fù)載消耗功率為：

Pcf =Pcg +Pcc （1）

式中：Pcf、Pcg、Pcc——傳統(tǒng)控制策略下負(fù)載消耗功率、光伏輸出功率、儲(chǔ)能輸出功率，kW。

由式（1）可看出，各模塊功率變化均會(huì)引起光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)系統(tǒng)功率變化，進(jìn)而促使電壓發(fā)生波動(dòng)。由此，智能微電網(wǎng)內(nèi)部需結(jié)合運(yùn)行特征，對(duì)電壓實(shí)施協(xié)調(diào)優(yōu)化控制。在運(yùn)行過程中，智能微電網(wǎng)為實(shí)現(xiàn)太陽能資源利用最大化，促使光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊盡可能處于最大功率點(diǎn)跟蹤（maximum power point tracking，MPPT）模式輸出功率。一方面，當(dāng)光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊輸出功率高于負(fù)荷需求時(shí)，智能微電網(wǎng)內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)功率過剩情況，使電壓驟升。此時(shí)，光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊會(huì)切換到恒壓下垂（constant voltage droop，CVD）模式，開啟低功率運(yùn)行，進(jìn)而維持電壓穩(wěn)定。另一方面，光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊若供電量不足時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)成MPPT 工作模式，輸出功率最大值，以提高下降的電壓，使電壓維持穩(wěn)定。然而，MPPT 模式與CVD 模式是兩個(gè)獨(dú)立的控制環(huán)路。這使光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊切換工作模式會(huì)為智能微電網(wǎng)運(yùn)行帶來一定干擾，導(dǎo)致切換前后輸出功率值突然變化，引發(fā)電壓大幅波動(dòng)。

3 基于分層控制的儲(chǔ)能協(xié)調(diào)優(yōu)化策略

3.1 分層控制的信號(hào)劃分及分析

圖2 為含光伏與儲(chǔ)能變換器的智能微電網(wǎng)分層控制示意圖，共包含4 種智能微電網(wǎng)運(yùn)行模式。處于模式1 時(shí)，電壓為600 V，光伏、儲(chǔ)能變換器工作模式為MPPT，負(fù)荷模塊正常運(yùn)行。處于2-1 與2-2 模式時(shí)，電壓為580 或620 V，光伏、儲(chǔ)能變換器工作模式為MPPT，負(fù)荷模塊正常運(yùn)行。處于模式3 時(shí)，電壓為630 V，光伏、儲(chǔ)能變換器工作模式為恒壓狀態(tài)，負(fù)荷模塊切除一般負(fù)荷。處于模式4 時(shí)，電壓為570 V，光伏、儲(chǔ)能變換器工作模式為MPPT，負(fù)荷模塊正常運(yùn)行。設(shè)置母線電壓額定值VN 為600 V，V2L 為570 V，V2H 為630 V，V1L 為580 V，V1H 為620 V，進(jìn)而使儲(chǔ)能處于最大充放電功率的電壓臨界值。

依據(jù)母線電壓范疇劃定分層控制區(qū)域、確定各部分工作方式，并將光伏輸出功率、負(fù)載消耗功率和儲(chǔ)能輸出功率分別用Pg、Pf、Pc 表示。分層控制下光伏最大輸出功率、系統(tǒng)允許最大負(fù)載功率、儲(chǔ)能最大放電功率、儲(chǔ)能最大充電功率分別為Pg- lim、Pf -lim、Pd- lim、Pc- lim。需要注意的是，圖2 展示的分層控制下變換器工作特性曲線并非固定不變，而是會(huì)因運(yùn)行狀況變化、調(diào)節(jié)器控制而發(fā)生變動(dòng)。比如，分層控制下光伏模塊功率輸出最大值可能因外部條件變化產(chǎn)生波動(dòng)；負(fù)載曲線形態(tài)可能隨著整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)電源-負(fù)載-儲(chǔ)能間的功率關(guān)聯(lián)變化而改變［15］；儲(chǔ)能模塊最大充電或放電能力取決于其容積和荷電狀態(tài)（state of charge，SOC）值。

研究圖2 中分層控制下含光伏與儲(chǔ)能變換器的智能微電網(wǎng)運(yùn)行方式和界限，可確定4 種運(yùn)行模式及其邊界，見表1。模式1～4 的變化既受到負(fù)載功率影響，也受到儲(chǔ)能模塊最大充電與放電功率、光伏模塊最大輸出功率的影響，覆蓋含光伏與儲(chǔ)能設(shè)備智能微電網(wǎng)的所有工作狀況。盡管整個(gè)系統(tǒng)負(fù)荷功率較大時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)從模式1 轉(zhuǎn)變?yōu)槟Ｊ?，但這種變動(dòng)并不會(huì)對(duì)運(yùn)行分層控制協(xié)調(diào)優(yōu)化策略產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。

在含光伏與儲(chǔ)能設(shè)備的智能微電網(wǎng)正常工作狀態(tài)下，功率輸出會(huì)受到光伏模塊周圍溫度及光照的影響。且充放電功率最大值可能隨儲(chǔ)能模塊老化程度的提高而降低。據(jù)此，探究分層控制下4 種運(yùn)行模式的邊界靈敏性，結(jié)果見表2。鑒于V1Hgt;VNgt;V1Lgt;V2L 且Pc- limgt;0 和Pd- limlt;0，模式3 的臨界阻值系數(shù)受儲(chǔ)能模塊放電功率或光伏模塊輸出功率的影響較大。倘若分層控制下光伏模塊最大輸出功率發(fā)生變化，但不同于儲(chǔ)能模塊最大充電/放電功率，那么R1、R3、R2- 2 將呈現(xiàn)出單調(diào)下降趨勢(shì)；如若分層控制下儲(chǔ)能模塊最大充電/放電功率產(chǎn)生變化，但不同于光伏模塊最大輸出功率，那么R1、R3、R2- 2將呈現(xiàn)出單調(diào)上升趨勢(shì)。另外，若僅是分層控制下光伏模塊最大輸出功率發(fā)生變化，那么R2- 1、R4 就會(huì)表現(xiàn)為單調(diào)下降，對(duì)儲(chǔ)能模塊最大充電/放電功率變化并無任何影響。

3.2 分層控制的光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊協(xié)調(diào)優(yōu)化策略

分層控制具有分工明確、自主調(diào)節(jié)等特征。結(jié)合光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)，分層控制策略可分為放電下垂控制與充電模糊控制兩個(gè)協(xié)調(diào)優(yōu)化策略。

3.2.1 放電下垂控制策略

1）為確定分層控制下多種設(shè)備無交流連接的情況，分析放電下垂控制策略的等效電路條件變化水平。圖3 為分層控制策略下多個(gè)下垂特性變換器并聯(lián)的光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)分層控制簡化等效電路。

根據(jù)基爾霍夫電壓定律可得到分層控制放電下垂系數(shù)為：

ki = ΔU／Ii = Ui -Udc／Ii（2）

式中：ki——下垂系數(shù)；ΔU——電壓差，V；Ui——電流分配精度補(bǔ)償器給定電壓參考值，V；Udc——母線電壓，V；Ii——電流，A。

據(jù)此分析，若忽視分層控制下接線電阻大小因素，假設(shè)所有連接母線的轉(zhuǎn)換器輸出電壓一致，那么基于式（2）可確定多個(gè)變換器間的電流關(guān)系為：

k1 I1 =k2 I2 =…=ki Ii （3）

由式（3）可知，變換器下垂系數(shù)越大，輸出電流越小。

2）為增加SOC 和各儲(chǔ)能變換器輸出電流之間的關(guān)聯(lián)，提升分層控制電流分流精確度，對(duì)放電下垂控制策略進(jìn)行優(yōu)化。接入電流分配精度補(bǔ)償器后，光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)分層控制模式1 的SOC 均衡速率、電壓邊界發(fā)生變化，主要是受到冪指數(shù)常數(shù)p 與初始下垂系數(shù)r0 的影響。p 代表分層控制下多個(gè)儲(chǔ)能設(shè)備SOC 接近平衡的過程，其數(shù)值增大表示SOC 接近平衡的速度更快，實(shí)現(xiàn)功率協(xié)調(diào)優(yōu)化，能有效提高光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)分層控制運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。然而，下垂系數(shù)過大會(huì)導(dǎo)致分層控制母線電壓大幅下降?？紤]到下垂系數(shù)不超過12.5 且為正數(shù)，設(shè)定r0=0.1，p=3。最后，分層控制下光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)電流分配精度補(bǔ)償器原理如圖4 所示。

分層控制電流分配精度補(bǔ)償器在線性控制器輔助下，只需收集鄰近光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊的電流數(shù)值及下垂系數(shù)，然后將補(bǔ)償量加入到下垂控制環(huán)，便可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性及運(yùn)行效率。分層控制下變換器給定電壓為輸出電壓，計(jì)算式為：

Ui =Udc +ki Ii -ΔIi （4）

式中：ΔIi——電流動(dòng)態(tài)調(diào)整偏差量，A。

聯(lián)立式（2）與式（4），可繪制出圖5。據(jù)此對(duì)比分析可知，引入電流分配精度補(bǔ)償器后，i1＞i2，電流分配精度明顯提高。

3.2.2 充電模糊控制策略

模糊控制策略主要利用模糊集合理論，結(jié)合統(tǒng)計(jì)信息及操作經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)對(duì)不可預(yù)測(cè)因素、隨時(shí)間變化等情況下物體操縱問題，具有較強(qiáng)的抗干擾性。基于此，本文結(jié)合人造智能系統(tǒng)模糊集合理論與人機(jī)交互恒流充電方式，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分層控制母線電壓輸出量，并自動(dòng)縮小充電電流誤差，具體操作流程如圖6 所示。

1）變量模糊化。依據(jù)模糊推理理論，當(dāng)模糊控制器處于充電模式時(shí)，分層控制下母線電壓Udc 變化范圍為600～620 V，同時(shí)分層控制荷電狀態(tài)SOCi 的范圍設(shè)定為0%～100%；對(duì)應(yīng)電流參考值則被定義為4 A，且輸出電流調(diào)整偏差ΔIi 變化幅度為-4.0～2.2 A，故分層控制下充電電流的取值范圍為0～6 A。所以，設(shè)定電壓偏差理論區(qū)域?yàn)閧0，4，8，10，14，18，22}；同樣地，分層控制下光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊荷電狀態(tài)理論區(qū)域劃分為{0，1/6，1/3，1/2，2/3，5/6，1}，ΔIi 理論范圍為{-4，-2.6，-2.2，-1.2，0，0.6，2.2}。

2）模糊控制規(guī)則庫構(gòu)建。基于光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)分層控制，遵循以下規(guī)則：Udc 增大時(shí)，光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊荷電狀態(tài)下降，充電電流增大；Udc 減小時(shí)，光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊荷電狀態(tài)上升，充電電流減?。ū?）。

依據(jù)上述步驟，繪制隸屬度曲線如圖7 所示。當(dāng)分層控制下光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊荷電狀態(tài)保持一致時(shí)，隨著母線電壓誤差的增大，充電電流誤差相應(yīng)增大；在相同母線電壓條件下，隨著儲(chǔ)能荷電狀態(tài)的提高，充電電流誤差逐漸減小，實(shí)現(xiàn)功率協(xié)調(diào)優(yōu)化，有效提高了光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)分層控制運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

3）模糊推理。根據(jù)表3 數(shù)據(jù)，利用Mamdani 模糊推理法，確定模糊關(guān)系R，進(jìn)而計(jì)算出輸入光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊A1 和母線電壓B1 模糊集合的笛卡爾積，得到輸出電流調(diào)整偏差C1 模糊集合為：

C1 =（ A1B1 ）T2 R （5）

式中：C1——ΔIi 隸屬度；A1——Δudc 隸屬度；B1——SOCi 隸屬度；T2——行向量。

4）反模糊化。反模糊化通過面積重心法計(jì)算隸屬度曲線和X 軸圍成圖形的面積重心。具體輸出值為：

式中：v0——所求ΔIi；N——擁有最大隸屬度因素總量；vj——第j 個(gè)隸屬度最大因素；μv（ v）——全部隸屬度。

4 光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合下的電壓分層控制

光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊會(huì)影響不同運(yùn)行模式智能微電網(wǎng)負(fù)載功率邊界。對(duì)此，設(shè)定母線電壓分別為V1H、V1L 時(shí)，相應(yīng)的充放電功率分別為Pc' 和Pd'。此過程中，基于分層控制的光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)電壓分布情況如圖8a 所示。

表4 為光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合前后各運(yùn)行模式負(fù)載功率邊界。各負(fù)載功率邊界值連接可形成平滑曲線，如圖8b 所示。由圖8a 可知，若智能微電網(wǎng)母線電壓達(dá)到V1H，聯(lián)合后邊界值P減小；達(dá)到VN，P 保持恒定；達(dá)到V1L 或V2L，P 增大。

由此，結(jié)合光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)特征，繪制分層控制協(xié)調(diào)優(yōu)化策略程序流程圖如圖9 所示。首先，獲取光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)運(yùn)行的電流、電壓、輸出功率等系統(tǒng)參數(shù)，確定光伏變換器、儲(chǔ)能變換器、負(fù)荷模塊的運(yùn)行模式。其次，判斷蓄電池是否處于充電狀態(tài)。當(dāng)蓄電池為充電狀態(tài)時(shí)，采用充電模糊控制策略；當(dāng)蓄電池不處于充電狀態(tài)時(shí)，采用放電下垂控制策略。最后，根據(jù)式（2）～式（6），計(jì)算輸出電壓、功率、SOC 值。在上述協(xié)調(diào)優(yōu)化策略程序支持下，光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合后智能微電網(wǎng)分層控制所能承載的負(fù)載功率能夠大幅提升，且母線電壓幾乎等于額定值，有助于增強(qiáng)智能微電網(wǎng)分層控制運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性。

5 仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

5.1 仿真驗(yàn)證

為證明本文所提光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)分層控制策略是否可行，設(shè)置光伏模塊、儲(chǔ)能模塊、光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊仿真參數(shù)，見表5。

5.1.1 分層控制仿真驗(yàn)證

通過理論分析和仿真參數(shù)，確定各運(yùn)行模式下的負(fù)載邊界值：R1=420 Ω、R2=210 Ω、R3=85 Ω、R4=79 Ω。隨后，設(shè)置4 種運(yùn)行模式的代表性負(fù)載分別為2000、500、150、70、50 Ω，以此測(cè)試負(fù)荷投切時(shí)分層控制策略是否有效，模擬結(jié)果如圖10 所示。分析可知，3.5 s 前，系統(tǒng)運(yùn)行模式由模式3 轉(zhuǎn)到模式2-1，再轉(zhuǎn)為模式1，再進(jìn)入模式2-2。此過程中，光伏模塊功率分配遵循SOC 增大和充電電流減小原則，并輸出最大功率。3.5 s 后，智能微電網(wǎng)負(fù)荷變?yōu)?0 Ω，母線電壓減小超過預(yù)設(shè)閾值，因此需關(guān)閉部分非關(guān)鍵設(shè)備，才能使系統(tǒng)在模式2-2 上平穩(wěn)運(yùn)行。仿真結(jié)果與理論分析結(jié)果保持一致，證明負(fù)荷波動(dòng)分層控制可實(shí)現(xiàn)各運(yùn)行模式自動(dòng)轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)能功率協(xié)調(diào)優(yōu)化分配，提高光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性。

5.1.2 分流效果仿真驗(yàn)證

在模式1 下，3 個(gè)儲(chǔ)能模塊線路連接電阻分別為1、3 和5 Ω，比較分析傳統(tǒng)與改進(jìn)下垂控制的分流效果。

1）傳統(tǒng)下垂控制。傳統(tǒng)下垂控制模擬結(jié)果如圖11 所示?？煽闯觯艟€路上電阻無法達(dá)到比下垂系數(shù)更小的要求（0＜ki≤12.5），各儲(chǔ)能模塊的k 值會(huì)產(chǎn)生顯著差別，這意味著各儲(chǔ)能設(shè)備之間的電流分配并不能準(zhǔn)確地按照比例來分配。

2）改進(jìn)下垂控制。光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合前后下垂控制多存儲(chǔ)器模塊k 值模擬結(jié)果如圖11 所示?？煽闯?，所提改進(jìn)下垂控制策略能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化，即便面臨較大的線纜電阻問題，也能使多個(gè)儲(chǔ)存器k 值達(dá)到統(tǒng)一。這意味著多個(gè)儲(chǔ)存器的電流量可通過準(zhǔn)確比例進(jìn)行分配，顯著減少線路電阻對(duì)電流分配精度的干擾，增強(qiáng)光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性。

5.1.3 基于分層控制的光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)仿真驗(yàn)證

1）充電模糊控制仿真檢驗(yàn)。圖12 顯示，0.5～1.5 s 時(shí)，智能微電網(wǎng)運(yùn)行在模式3。1.5 s 時(shí)，智能微電網(wǎng)引入光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊，光伏模塊運(yùn)行從下垂控制變?yōu)镸PPT 模式，儲(chǔ)能模塊充電電流從最大值驟減。在此期間，負(fù)載功率相同可產(chǎn)生幾乎等于預(yù)先設(shè)定的母線電壓值。遵循前文控制規(guī)則，儲(chǔ)能模塊在模糊控制下可合理分配功率，說明光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)充電電壓穩(wěn)定性有效提高?？梢姡岢潆娔：刂撇呗钥蓪?shí)現(xiàn)智能微電網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化目標(biāo)，具有較強(qiáng)可行性。

2）放電下垂控制仿真檢驗(yàn)。圖13 顯示，光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊處于放電狀態(tài)，0.5～1.5 s 時(shí)，智能微電網(wǎng)運(yùn)行在模式2-2，光伏模塊運(yùn)行為MPPT 模式，儲(chǔ)能模塊輸出放電電流最大值。1.5 s 時(shí)，智能微電網(wǎng)接入光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊，此時(shí)光伏模塊狀態(tài)不變，儲(chǔ)能模塊降低電流值。放電下垂控制仿真結(jié)果表明，所提控制策略可有效提高光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)放電電壓穩(wěn)定性。

5.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本文構(gòu)建一個(gè)包含倍福PLC、Vacon 變頻器、工控機(jī)等模塊的以太網(wǎng)控制自動(dòng)化光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)由1 個(gè)電壓源、3 個(gè)儲(chǔ)能模塊蓄電池、4 個(gè)DC-DC變流器、2 個(gè)DC-AC 變流器、2 個(gè)智能衛(wèi)士、若干電阻型負(fù)載組成。DC-DC 變流器實(shí)驗(yàn)參數(shù)見表6。

5.2.1 分層控制協(xié)調(diào)優(yōu)化策略實(shí)驗(yàn)

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推算出負(fù)荷范圍值，并設(shè)置4 種運(yùn)行模式對(duì)應(yīng)的典型負(fù)載狀態(tài)，分別為∞（空載）、490、160、130 及100 Ω。隨著負(fù)載功率變化，光伏模塊與儲(chǔ)能模塊依據(jù)電壓信號(hào)辨別當(dāng)前狀態(tài)并調(diào)整到相應(yīng)模式。電壓在每個(gè)模式下保持在特定門檻范圍內(nèi)，并根據(jù)分層控制策略自動(dòng)協(xié)調(diào)優(yōu)化充電放電功率。

5.2.2 光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊功率協(xié)調(diào)優(yōu)化策略驗(yàn)證

鑒于DC-DC 變換器僅有3 臺(tái)，選擇其中1 臺(tái)用作儲(chǔ)能單位，其余2 臺(tái)作為光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，結(jié)果如圖14 所示。充電實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示（圖14a），智能微電網(wǎng)接入DC-DC1 與DC-DC2 連接的光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊后，母線電壓減至610 V 且和額定電壓的差距較小，對(duì)應(yīng)儲(chǔ)能SOC 值、儲(chǔ)能模塊輸出充電電流均相對(duì)穩(wěn)定。由此，充電時(shí)接入光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊可自主調(diào)節(jié)智能微電網(wǎng)功率，縮小母線電壓和額定電壓間差距，證明所提策略可有效抑制微電網(wǎng)充電電壓波動(dòng)。放電實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示（圖14b），智能微電網(wǎng)引入DCDC1、DC-DC2 所連接的光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊后，母線電壓增至592 V 且與額定電壓間差異變小，促使儲(chǔ)能模塊放電電流減至9.86 A。這說明所提方案可有效控制放電電流與電壓，提高光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化策略實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在充電和放電的過程中，光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊可應(yīng)用至智能微電網(wǎng)功率調(diào)控過程中，實(shí)現(xiàn)無交流信息傳遞，有效分配功率。同時(shí)，在相同負(fù)載功率下，協(xié)調(diào)優(yōu)化后的母線電壓和額定電壓差距變小，可提升光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性。

6 結(jié) 論

實(shí)現(xiàn)功率協(xié)調(diào)優(yōu)化控制可有效抑制光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)電壓波動(dòng)，有利于擴(kuò)大智能微電網(wǎng)應(yīng)用范圍。本文適用于多儲(chǔ)能模塊充電放電功率協(xié)調(diào)優(yōu)化策略，有效提升光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性。主要研究結(jié)果如下：

1）所提方案充分闡述分層控制下含光伏與儲(chǔ)能變換器的智能微電網(wǎng)4 種運(yùn)行模式及對(duì)應(yīng)的負(fù)載功率邊界，并針對(duì)性提出基于分層控制的放電下垂、充電模糊控制策略，可達(dá)到光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊充電或放電功率自動(dòng)調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)優(yōu)化目標(biāo)，提高智能微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

2）所提方案針對(duì)已建立的智能微電網(wǎng)，制定光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合模塊功率控制策略，實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)整功率目標(biāo)，提升光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

3）所提方案根據(jù)光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合下的電壓分層控制情況，確定光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)4 種運(yùn)行模式的新負(fù)載功率邊界，增強(qiáng)智能微電網(wǎng)負(fù)載功率承載能力，實(shí)現(xiàn)功率協(xié)調(diào)優(yōu)化，提高光伏與儲(chǔ)能聯(lián)合智能微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行安全性。

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