基于混合儲能的可調度型分布式電源控制策略分析

國網綿陽供電公司 四川綿陽 621000

摘要：隨著分布式能源的日益增長，分布式能源對電網的影響日益增加。為了減少分布式能源的不利影響，能源儲存系統被廣泛使用。本文針對混合儲能系統和可再生能源發電機組，設計出了由蓄電池和超級電容器和發電機組的存儲系統組成的分布式電源控制策略。當荷電狀態的儲能元件不受限制，可再生能源發電系統采用最大功率點跟蹤控制的方法，采用低通濾波方法得到的參考功率電池和超級電容器的電壓控制的方法，來保證直流母線電壓的穩定。

關鍵詞：蓄電池；超級電容器；混合儲能系統；可再生能源發電

本文設計了一種用于蓄電池和超級電容器的混合儲能系統。系統的狀態和存儲的能量存儲元件是根據分布式發電機組和可再生能源發電機組電源的方案制定的，采用的是電池壽命分布功率控制策略。根據儲能元素的狀態切換控制的線路電壓運行范圍，以防止系統傳統控制模式切換和蓄電池的暫態沖擊。本文還介紹了超級電容器端電壓的影響和控制方法。最后，通過EMTDC / PSCAD仿真計算實例，證明了該控制策略的合理性和有效性。

1電源結構設計

基于混合儲能的分布式電源拓撲結構?？稍偕茉窗l電系統（以下光伏發電系統作為一個例子），蓄電池和超級電容器儲能通過換流器將直流/直流轉換器并聯在直流母線上，這就構成了電源控制直流電源系統，直流電源系統直流/直流交流變流器與電網（或微電網）連接。在直流通過時，光伏發電系統、蓄電池系統及超級電容器協調控制，使得之間的直流母線電壓最大化。利用可再生能源發電，優化電池充電和放電過程，達到延長電池使用壽命的目標。根據分布式電源在電網中所承擔的不同任務，直流/ 交流變頻器的控制可以通過PQ、VF控制，根據系統運行或調度要求參與系統的電壓和頻率調節。

2本地協調控制器的能量管理策略

2.1 儲能裝置SOC容量未越限情況下系統的優化控制

根據直流/交流轉換器的控制模式，整個分布式供電系統的輸出功率是由調度功率指令或電網負荷組成的情況確定的。為了實現充分利用可再生能源的目標，該儲能裝置當系統不受限制時，光伏系統 MPPT控制混合儲能系統承擔剩余的因為系統功率不足而產生的問題，例如功率波動和光伏負載。根據混合儲能系統蓄電池和超級電容器的特性，從功率的角度來說，按以下原則：超級電容器被假定為采取系統中的波動幅度大的功率尖峰。其長周期壽命、高輸出功率的優勢，能快速響應電池系統的潛在動力不足等問題，減少小回路充放電，避免過充、放電時產生的問題，延長使用壽命。為了區分混合儲能系統輸出功率的高低頻率組成的不同，提出 1個建議，使用低通濾波器提取的混合輸出功率的低頻分量，如電池的功率指令。但低通濾波器具有信號衰減和相位延遲的特性，可能會導致超級電容繼續充電或放電操作的發生，同時，超級電容器的能量密度很小，這是由濾波算法引起的。超級電容器的功率偏差很容易引起系統的系統性越限，所以本文基于傳統的低通濾波算法進行了修改。

2.2儲能裝置SOC容量越限情況下系統的協調控制

當超級電容器或蓄電池SOC越限時，采用此方法。由于前一個所述控制模式并不能穩定直流母線電壓，不能保證系統的正常運行。因此，儲能裝置的系統芯片系統的控制方式需要改變系統模式。由于電池儲能系統難以準確測量，本文該系統的控制方式是：基于直流母線電壓的變化情況，控制恒壓儲能裝置。系統狀態如果達到上限，仍然繼續使用它的穩定系統直流母線電壓，只有當直流母線電壓上升或下降，超出了正常工作范圍，系統監測直流母線電壓超出正?？刂颇Ｊ綍r，就要改變它的的正常運行范圍。

2.3 超級電容器端電壓預控制

該方法可用于保持直流母線電壓的一部分，從而使得整個系統穩定運行。但由于電容器的功率密度很小，其容量很容易達到極限，為了避免系統控制模式之間的頻繁切換電池的問題和頻繁的工作在恒壓控制模式，對電池壽命的不利影響，當直流電源系統正在運行時，采用超級電容端電壓控制方法。

3仿真分析

圖1光伏系統輸出功率

為了驗證本文控制算法的有效性，EMTDC仿真軟件已建立起來可調度型分布式電源模型，如圖2。其中，直流/交流轉換器是用于間接控制，其調度功率為40千瓦?？煽毓夥到y電流源模型，這是采用某檢測基地實際光伏系統從9點到15點的光伏發電系統的實際輸出測量數據。在仿真模型中，仿真時間是采取理想電壓源和電阻串聯模型，試驗考慮其容量，以滿足一天的能源儲存在光伏系統釋放，其容量設計為750A.h，額定電壓為400伏，額定功率為30千瓦。電容器和電容器模型電阻額定功率為40千瓦，能滿足最大功率輸出的原理，其電容值 0.1，根據光伏系統的輸出特性，濾波器的時間常數為1，濾波補償系數調整系數為K = 0.5。

圖2 可調度型分布式電源直流供電系統控制結構

4 結論

本文提出了一種基于混合儲能的新型儲能方法，分布式電源的拓撲結構與直流電源系統的局部關聯，研究了該控制器的能量管理策略。在管理策略上，分析了儲能裝置是否越限情況下，對可再生能源發電系統、蓄電池和超級電容器協調控制。通過仿真結果可以看出，使用本文提出的控制策略可以保證整個分布式電源系統根據調度電力或系統負荷需求，成功對存儲電池的工作過程和能量存儲系統的技術改進。同時具有經濟績效。分布式電源可以直接或者間接根據電網調度指令的操作，以減少間歇性的可再生能源的浪費，也可以在下垂控制模式下運行，參與電網頻率和電壓調節，同時可作為微電網，保持微電網的電壓和頻率穩定度。

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