直流微電網的能量管理

薛連杰

摘 要：如今，分布式發電系統應用越來越廣泛，微電網技術的發展也非常迅速。總的來講，微電網可以分為交流微電網與直流微電網兩種。當前，已經開始對直流微電網展開了研究，但是卻因為起步較晚，還有很多地方都存在著不完善的情況，特別是在控制管理策略上。因此，本文構建了一個直流微電網并對其能量管理進行了研究。

關鍵詞：分布式發電；直流微電網；能量管理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.176

1 引言

在直流微電網中，各微源種類以及特性多種多樣，說的直流微電網的系統難以高校穩定控制，并且能量管理也較為困難，而這些也是當前急需要進行解決的問題。對直流微電網能量管理的研究對于提高能源的利用效率，減少碳排放等都具有重要的意義。微電網能量管理的研究屬于電力電子技術的前沿課題，同時在國際尚處于初步階段。

文獻[1]提出了一種建立在multi-agent基礎上的分布式發電系統，在該系統之中各Agent利用通信網絡對彼此的信息進行交流，并對數據信息處理，根據處理的結果來對各自元件的狀態進行判斷，并根據判斷出的結果來采取各自相適應的控制模式。文獻[2]將系統分為5個工作模式，系統各單元根據直流母線電壓確定的工作模式進行協調控制并維持母線電壓穩定。將直流微電網離、并網運行統一在電壓分層控制方案中進行設計，系統中各單元可在離、并網運行模式間無縫切換。

綜上所述，目前對微電網的能量管理研究尚處于起步階段，深入研究微電網的能量管理對于分布式可再生能源的大規模應用具有重要意義。本文構建了一個直流微電網并對其能量管理進行了研究。

2 能量管理策略研究

在直流微電網之中，直流母線電壓是對系統功率是否平衡進行衡量的一個非常重要的標準。如果電網母線電壓的波動幅度較大，那么就會對發出電能的質量帶來影響，使得系統的可靠性降低，因此需要將直流微網的母線電壓波動控制在一定的范圍之中。國際上對電壓偏差有不同標準規定，我國對于電壓波動等級的A 級標準為±5%，為了能夠滿足負荷的性能需求，設定直流微網的電壓波動等級為±5%。根據數據分析，本文設計了由光伏電池、固態燃料電池和傳統供電設備柴油機作為發電單元，蓄電池和超級電容作為儲能單元的直流微電網，直流母線電壓電壓為400V。

本文通過負載監控將系統設備的運行狀態分為五種工作狀態。系統中的設備都是都過變換器連接在直流母線上的，所以對系統設備工作模式的控制，歸根結底是對變換器工作狀態的控制。為了管理各個系統設備的功率，每個變換器需經過電流控制再連接到直流母線上，可以通過典型的PI控制進行電流控制。

3 系統仿真分析

為了驗證直流微電網能量管理策略的有效性和可行性，設計了系統的仿真模型。通過在 MATLAB /Simulink 環境下搭建的仿真模型。

通過改變可控電流源的輸入值來實現負載的變換，來觀察系統在模式轉換下的運行狀態。這里每過七秒鐘給電流源轉換一個值，此時的負載就跟著變換，系統的工作模式從模式四依次轉變為模式一，仿真圖如圖1所示。

通過仿真結果分析可知，隨著負載的變化，系統進入不同的工作模式，3個燃料電池在不同的工作模式下選擇不同的工作方式，在關斷、額定功率輸出和電流控制下進行功率補償的方式之間進行切換。在進行工作模式切換時直流母線會產生波動，隨著各單元的穩定輸出和儲能設備對直流母線電壓的控制，直流母線電壓經過短暫的調節最終可以穩定400V±5%。

4 結論

仿真實驗結果表明，本文設計的直流微電網在基于負載變換進行系統模式切換的能量管理策略，系統經過短暫時間的調節，可以實現各單元輸出穩定和直流母線電壓的穩定。通過仿真結果表明了該控制策略可以實現直流微電網的能量管理，直流母線電壓在400V±5%可以實現穩定，也驗證了提出的能量管理策略的可行性。

參考文獻：

[1]P.Thounthong，V.Chunkag，P.Sethakul，et al.Energy management of fuel cell/solar cell/supercapacitor hybrid power source[J].Power Sources，2010，01（51）.

[2]Lagorse J，Paire D，Miraoui A.A multi-agent system for energy management of distributed power sources[J].Renewable Energy，2010（35）：174-182.

[3]雷鵬娟，趙清林教授.直流微電網的能量管理研究[J].

[4]王盼寶，王衛，孟尼娜，吳炎.直流微電網離網與并網運行統一控制策略[J].

[5]劉家贏，韓肖清，王磊等.直流微電網運行控制策略[J].電網技術，2014，38（09）：2356-2362.

[6]周躍斌.直流微電網的協調控制與能量管理研究[D].哈爾濱工業大學，2013.endprint