基于混合儲能微電網控制策略研究

柯海山

南京國電南自電網自動化股份有限公司 江蘇 南京 211100

1 微電網系統基本原理

1.1 微電網工作方式

當微電網離網工作時，微電網中的主電源支撐整個系統運行，使用VF控制模式維持微電網的電壓和頻率。當根據負載需求激活和停用可控微源時，會出現功率波動。而超級電容器具備快速釋放/吸收功率的能力，因此，在切換可控微型電源時，超級電容器用于平抑功率波動。電池通過充電和放電進行維護系統整體性能穩定。此時，能量存儲裝置采用下垂控制方法[1]。

2 混合儲能系統控制策略

超級電容器具備短期快速釋放大功率特性，電池容量大，對微電網提供中長期電力保障，兩者功能不交叉，在響應速度上實現互補，所以混合儲能系統的穩定性強。混合儲能設備集成到混合儲能系統中，微電網接入電網，以這種方式接入電網能夠較少對電網的擾動。

2.1 儲能裝置逆變器控制方式

解決非線性控制問題的有力控制方法之一滑模變結構控制，主要是用于處理建模誤差，然而由于諸如開關和系統故障之類的非理想因素影響，可變結構控制系統易產生高頻噪聲。本文提出把模糊控制與滑模控制的優缺點及其相關性結合起來，將模糊滑模控制策略應用于混合動力儲能裝置。

滑模控制的優點有兩點，第一，它可以減小參數不確定性所帶來的影響，第二，它可以緩解外部所帶來的干擾。在以往經驗的影響下，設計了滑模模糊控制器，該控制方法對于減少滑模控制的振動問題具有很大的作用。

2.2 儲能裝置DC／DC變流器控制方式

圖1 混合儲能裝置控制框圖

圖1是混合儲能設備的控制框圖，超級電容器和蓄電池，分別使用DC／DC變流器進行控制，使其相互切換控制模式及放電更加的靈活。在放電時，儲能裝置控制高壓側，儲能容量大有足夠裕度，直流電母線的穩定性就會得到提升。在評價一個儲能裝置的儲能能力時，主要依據是能否確保并網，離網運行正常；在切換控制模式時微電網的電壓負載是否正常；是否能正常供電。

由于占空比d由開關管的導通/截止時間決定，因此可以控制開關管的導通/截止時間，實現雙向能量傳遞控制。外部環路電流參數由PH總線功率的差異通過低通濾波器獲得，用于功率分配和PI計算。

3 微電網并離網

微電網運行過程中主要經歷并網，離網，負荷投切這幾個過程，保證切換過程平穩是微電網的重要指標。本文中的具體控制策略如下：

（1）微電網在并網中運行時，非可控制微源采用PQ模式控制，當可控微源斷開時，蓄電池和超級電容器可以同時對微電網進行充電或者放電。合理分配系統的功率盈余或缺額，根據分配結果對混合儲能裝置變流器進行協調控制，確保并網功率接近目標值。

（2）在微電網由并網向離網狀態切換的過程中，超級電容器進行放電，可以迅速緩解微電網功率缺失的情況。通過調節DC／DC變流器來保證直流電母線電壓穩定，將并網點PCC點斷開，電網的電壓和頻率值作為混合儲能裝置VF控制的參考電壓和參考頻率，減小混合儲能裝置的投入對微電網產生的沖擊影響。

（3）微電網在離網運行時，可控制微源采用VF模式控制，這時非可控微源會斷開。微電網與電網之間的電壓偏差和相角偏差決定微電網從離網切換到并網所產生的電流，因此微電網在并網中運行時須通過同步控制將電壓和相角調到與電網基本一致，減小并網合閘時產生的沖擊，本文采用直接調整主電源VF控制的參考電壓和參考頻率的方式進行預同步控制。

4 結束語

混合儲能系統與單個儲能裝置相比具有明顯的優勢，混合儲能系統是將超級電容器和電池組合起來，運行時會緩解功率波動或沖擊對儲能裝置的傷害，延長儲能裝置的使用壽命，同時成本也不是很高。在微電網中設計了一個模糊滑模控制器，該控制器主要是控制混合儲能裝置的逆變器，通過具體的事例證實了該控制器的有效性和合理性。該控制算法可以平滑微電網并網、離網、負荷投切時的波動功率，保證在切換過程中產生的沖擊限制在一個合理的范圍內，提高系統穩定性，驗證了控制策略的可行性。