光儲系統接入微電網的并離網控制方法研究

牟書丹

（湖北三峽職業技術學院 機電工程學院，湖北 宜昌 443000）

0 引 言

光伏儲能系統具有控制靈活、技術成熟等特點,是新能源發電技術的重要應用方向，將光伏儲能系統接入微電網具有廣闊的前景。然而光伏系統輸出功率受環境影響較大，具有明顯的不可控性，需要加入儲能系統提高其穩定性。

目前，相關學者對作為光伏儲能系統接入微電網關鍵問題的并離網控制技術也有許多研究。文獻[1]、[2]、[3]設計了風電、光伏發電系統、柴油發電機以及蓄電池等獨立微電網的協調運行控制策略，保證了獨立系統的長期穩定運行。文獻[4]提出一種微電網平滑切換的控制方法，可以保證微電網頻率和電壓的偏差在允許范圍內。文獻[5]針對微電網孤島運行，提出了一種儲能系統與光伏系統協調控制的策略，并研究了儲能系統參與系統的調頻。

本文提出了一種光伏儲能系統結構，并對儲能系統變換器的并離網控制策略進行介紹。在并網運行時，光伏系統和儲能系統均采用PQ控制策略協調出力，滿足負載需求。離網模式下，光伏系統輸出功率受環境影響較大，并且在發電時具有明顯的不可控性，在運行過程中始終采用PQ控制。此時，儲能變換器采用V/f控制，為系統提供穩定的電壓和頻率，并且能根據電網電壓頻率情況進行并離網切換。

1 光伏儲能系統并離網控制策略

1.1 光儲系統并網控制

通過瞬時功率理論，得出有功功率的表達式為：

無功功率的表達式為：

式中，usq、usd分別為電壓q、d的分量，iq、id分別為電流q、d的分量。

采用d軸電壓定向，則式（1）和式（2）可簡化為：

根據式（3）則可以得到有功功率、無功功率和電流dq分量的關系。光儲系統并網控制如圖1所示。

圖1 并網控制策略

1.2 光儲系統離網控制

當光儲系統因電網出現問題而處于離網運行時，必須保證光儲系統中的電壓和頻率不產生波動，否則會影響負荷的正常運行。因此儲能系統切換為V/f控制，充當電網的作用，為負荷提供平穩的頻率電壓。V/f控制圖如圖2所示。

圖2 離網控制策略

2 光儲系統接入微電網并離網控制的分析和驗證

在理論分析的基礎上，對光儲系統接入微電網負荷進行建模，利用Matlab軟件對系統的整體結構進行仿真。

2.1 光儲系統并網運行分析與驗證

將負荷設置為60 kW,在2 s時投入50 kW負荷,光伏系統和儲能系統輸出功率變化如圖3、圖4所示。

從圖3和圖4可以看出，當光伏輸出功率大于負荷時，儲能輸出功率為負值，此時光伏輸出功率分別流向負荷和蓄電池。當外界光照強度不斷下降時，光伏輸出功率也隨之逐漸減小，儲能系統輸出功率由負值變為正值，功率由光伏儲能系統流向負荷。當系統在2 s發生小擾動，由于此時儲能系統從外部吸收功率，負荷增大，儲能系統輸入功率變小，儲能逆變器輸出電流相應減小，并網點處電流增大，系統仍然保持穩定運行。

圖3 光伏輸出功率變化圖

圖4 儲能系統輸出有功功率變化圖

2.2 光儲系統離網運行分析與驗證

離網運行條件下，令初始負荷為130 kW，在0.5 s時投出70 kW負荷，第1.5 s時重新投入50 kW負荷，光伏出力始終保持為100 kW。

從圖5和圖6可以看出，0.5 s前，光伏輸出功率小于負荷需求功率，此時儲能系統向外輸出功率，向負荷供電；0.5 s切除70 kW負荷之后，負荷需求功率小于光伏系統輸出功率，相差的功率流向儲能系統，為蓄電池充電；1.5 s切入50 kW負載后，此時光伏系統輸出功率小于負荷需求功率，儲能由充電狀態轉變為放電狀態，與光伏系統一起為負荷供電。

圖5 負荷功率變化

圖6 儲能功率變化

3 結 論

本文提出了光伏儲能系統接入微電網的并離網切換控制策略，從不同運行方式下系統各模塊電壓和功率波形的仿真分析結果，可以得到以下結論。在并網運行下，儲能系統可與光伏系統協調配合，向負荷供電。在離網條件下，儲能變換器采用V/F控制，可以為系統提供穩定的電壓和頻率。當電網發生故障時，系統迅速切換控制策略，以保證系統電壓頻率處在正常狀態安全工作。