帶混合儲(chǔ)能的微網(wǎng)并網(wǎng)控制策略

文/陳守信

近年來，國(guó)內(nèi)外都對(duì)投入了大量的精力、人力和物力在儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制策略研究上，并且提出了在短期負(fù)荷預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上對(duì)微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)控制的策略，將充放電次數(shù)、蓄電池容量的實(shí)際情況考慮進(jìn)去，結(jié)合負(fù)荷預(yù)測(cè)的結(jié)果，對(duì)蓄電池的充放電情況進(jìn)行主動(dòng)控制，對(duì)其充放電曲線進(jìn)行優(yōu)化。通過超級(jí)電容的作用，讓其成為微電網(wǎng)的儲(chǔ)能單元，并且建立了互補(bǔ)脈沖寬度調(diào)制控制的小信號(hào)等效模型，通過對(duì)功率前饋環(huán)節(jié)和雙閉環(huán)控制的利用，提高了直流母線電壓的穩(wěn)定性。

1 帶儲(chǔ)能的分布式發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

文中所選擇的研究對(duì)象是能夠提高電能質(zhì)量的交直流母線型微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，這一電網(wǎng)結(jié)構(gòu)控制起來相對(duì)簡(jiǎn)單，而且更適合超級(jí)電容、蓄電池等直流負(fù)載和直流電源的連接。新能源發(fā)電裝置主要包括兩類，一類是通過超級(jí)電容和蓄電池等組成的混合儲(chǔ)能單元將直流母線和變換器連接起來；另一類是直流母線與變換器連接，交流母線和逆變器連接，讓交流負(fù)載直接接受交流母線提供的電能。當(dāng)直流負(fù)載電壓等級(jí)匹配可以直接與直流母線連接，若直流負(fù)載電壓等級(jí)不匹配則通過直流變換器和直流母線直接進(jìn)行連接。

2 系統(tǒng)控制策略設(shè)計(jì)

2.1 超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略

組成超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)的部件主要包括：雙向直流變換器（Bi-DC/DC）、超級(jí)電容和逆變器等。超級(jí)電容組成是將等效電阻、等效電容進(jìn)行串聯(lián)組成的模型，直流變換器部分是非隔離型升壓和降壓電路雙向變換器（Buck-Boost），交流電/直流電部分為電壓源逆變器。如圖1所示。

圖1

為了實(shí)現(xiàn)低壓側(cè)直流高壓與超級(jí)電容器之間能量雙向流動(dòng)且保持高壓側(cè)電壓恒定，因此，文中雙向直流變換器采用雙回路控制方式（PI）：實(shí)際側(cè)值Udc2與外環(huán)高壓側(cè)給定值Udcref的偏差，經(jīng)過雙回路調(diào)節(jié)裝置輸出高壓側(cè)電流控制信號(hào)Idc，通過直流變換器功率守恒和占空比定義原則能計(jì)算出超級(jí)電容電流參考控制信號(hào)Iscref，想要對(duì)雙向直流變換器進(jìn)行有效控制需要通過電流環(huán)的輸出經(jīng)脈沖寬度調(diào)制。為了更好的滿足超級(jí)電容快速釋放電能和吸收電能的要求，電壓源型逆變器部分（VSI）可以通過電流內(nèi)環(huán)和功率外環(huán)雙回路共同對(duì)其進(jìn)行控制，這樣可以實(shí)現(xiàn)無差別控制。

2.2 蓄電池控制策略

若充分考慮蓄電池在進(jìn)行充電和放電過程中的電阻電容特性，文中所述蓄電池為等效電壓源模型，這一模型與真實(shí)的蓄電池電路更為接近。等效電壓源模型的組成部分包括：歐姆內(nèi)阻（Rbs）、理想電源（Ub）、極化電容（Cbp）以及極化內(nèi)阻（Rbp）等組件構(gòu)成。讓蓄電池通過雙向直流變換器和直流母線相連，這樣操作不僅可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，還可以實(shí)現(xiàn)降低蓄電池的所需電壓等級(jí)。蓄電池電壓在運(yùn)行過程中處于正常范圍內(nèi)時(shí)，通過對(duì)外部所需蓄電池功能值的大小（Cb）來判斷和控制蓄電池的充放電量，當(dāng)蓄電池功能小于零時(shí)雙向直流變換器處于升壓電路狀態(tài)，當(dāng)蓄電池功能大于零時(shí)，雙向直流變換器處于降壓電路狀態(tài)。

2.3 混合儲(chǔ)能控制策略

微電網(wǎng)處于和主網(wǎng)相連狀態(tài)下進(jìn)行工作時(shí)，會(huì)向主網(wǎng)吸收或者輸出功率，微電網(wǎng)和主網(wǎng)進(jìn)行功率交換時(shí)，實(shí)際交換的額定功率需要參考微電網(wǎng)在前一日預(yù)測(cè)的凈負(fù)荷曲線變化情況。然而，因?yàn)殚g歇式微電源的輸出功率在預(yù)測(cè)方面存在一定的誤差，進(jìn)而導(dǎo)致微電網(wǎng)和主網(wǎng)之間的共同連接點(diǎn)（PCC）凈負(fù)荷功率一定存在波動(dòng)性，沒有辦法實(shí)現(xiàn)其與預(yù)測(cè)曲線的變化情況保持一致，進(jìn)而降低主網(wǎng)電波的可協(xié)調(diào)性。

間歇式微電源輸出功率Pb通過一階段滯后濾波后得到平滑的間歇式為電源功率輸出指令Pbp，原功率和指定功率之間存在一定的差額（△Psc），這就是超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)在在電容電壓在與Vscmex＞V＞Vscmin情況相符的條件下向微電網(wǎng)輸出的功率，這樣可以對(duì)非間歇式微電源輸出瞬時(shí)有功波動(dòng)頻率和幅值進(jìn)行控制，進(jìn)而改善微電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的電能質(zhì)量。

3 結(jié)束語

總之，在微電網(wǎng)運(yùn)行過程中，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以維持其運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，文中介紹了在混合儲(chǔ)能條件下微電網(wǎng)并網(wǎng)控制策略，在主網(wǎng)電壓穩(wěn)定的情況下可以提高混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作效率，降低蓄電池充放電次數(shù)，提高了微電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。