交直流混合微電網中儲能技術的研究

汪 寶 匡洪海 丁曉薇 鄭麗平

（湖南工業大學電氣與信息工程學院，湖南株洲412007）

0 引言

目前，在促進新能源發電利用的大形勢下，微電網得到了巨大的發展，隨著微電網技術研究與實踐的逐步推進，微電網已逐步發展為交流微電網、直流微電網以及交直流混合微電網三種具體形式。

發展交直流混合微電網的目的在于在提高新能源發電利用率的同時滿足各類交直流負荷的高可靠供電，由于微電網中普遍存在太陽能、風能等新能源發電模式，新能源發電功率及負荷的波動導致必須配置相應的儲能裝置，以提高微電網運行的穩定性。

1 交直流混合微電網的系統結構

交直流混合微電網因同時兼顧單純的交/直流微電網的優勢特征，近年來得到了廣泛的關注[1-3]，一種兼顧單純交/直流微電網優勢的交直流混合微電網系統結構如圖1所示。

圖1 交直流混合微電網結構

在圖1所示的交直流混合微電網系統結構中，儲能系統包括了直流側儲能單元與交流側儲能單元。交直流混合微電網中儲能技術的分析與探討需分別針對直流側儲能單元與交流側儲能單元具體展開。

2 混合微電網中儲能裝置的作用分析

2.1 直流側儲能裝置的作用

在直流子系統中，太陽能、風能等新能源發電通過相應的電能變換器接入直流母線，而在直流系統中不需要考慮系統無功功率平衡及頻率控制等問題，僅需要保持直流母線電壓的穩定。由于直流負荷和太陽能、風能發電功率都有著顯著的波動性，因此，為了平抑直流子系統的系統功率波動而維持直流母線電壓穩定，需要配置儲能單元。

因此，交直流混合微電網中直流側儲能單元主要有維持直流子系統功率平衡和直流母線電壓穩定，改善直流子系統電能質量的作用。

2.2 交流側儲能裝置的作用

交直流混合微電網根據公共配電網的情況存在并網運行與孤島運行兩種運行模式。在并網運行模式下，交流側的新能源發電功率與負荷功率波動可由公共配電網平抑，交流側的電壓與頻率由公共配電網支撐，此時交流側儲能單元進行充電儲能以備不時之需。在孤島運行模式下，交流側的電壓與頻率失去了公共配電網支撐，通常需要通過儲能變流器進行控制策略的切換，以維持交流母線電壓與頻率的穩定，此時交流側儲能單元需要快速進行放電釋能，以補充與公共配電網斷開后的功率缺額，維持交流子系統的功率平衡并提供短時的系統供電。

基于上述分析可知，交直流混合微電網中交流側儲能裝置在系統運行中的作用為：在并離網切換時快速平衡系統功率缺額并保證短時孤島運行時的系統功率供給，維持交流子系統的電壓和頻率穩定，使得交流子系統的電能質量得以改善。

3 混合微電網中儲能方式的分析

3.1 儲能方式的分析比較

微電網中儲能裝置配置的重要性毋庸置疑，而現有可用的儲能方式較多，根據交直流混合微電網實際需求選擇合適的儲能方式便顯得至關重要。目前典型的儲能方式主要有蓄電池儲能、超級電容儲能、超導儲能、飛輪儲能等[4]。對儲能方式的評價分析，通常從能量密度、功率密度以及充放電次數等方面進行。幾種典型的儲能方式特性如表1所示[5]。

表1 幾種典型的儲能方式特性

3.2 適用于混合微電網的儲能方式

在交直流混合微電網中，儲能方式的選擇需要考慮微電網系統運行的實際需求。在交直流混合微電網并網運行時，儲能裝置需要具備承受系統功率波動的能力，并能夠儲備一定的電能以備不時之需；在交直流混合微電網由并網向孤島切換時，交流側儲能裝置需要快速釋放電能補充系統的功率缺額，維持系統穩定；在交直流混合微電網孤島運行時，儲能裝置需要具備一定的電能儲備，提供系統短時的負荷需求。因此，交直流混合微電網中儲能裝置的確定通常需要考慮儲能方式的能量密度和功率密度。

由上述幾種典型儲能方式特性可知，蓄電池具有較大的能量密度，但功率密度和充放電性能存在劣勢；而超級電容具有非常理想的功率密度和充放電性能，但能量密度存在不足。因此，將蓄電池與超級電容器兩種儲能方式結合構成混合儲能系統，是滿足混合微電網運行需求的最佳儲能方式。

4 結語

微電網作為大電網的一種補充，在促進新能源發電利用、提高供電可靠性以及便捷控制等方面有著其特殊的優勢。交直流混合微電網作為微電網未來發展的一種趨勢，其研究與應用有著極大的發展潛力。儲能是微電網的核心組成部分，對改善微電網系統運行穩定性和系統電能質量都有著極其關鍵的作用。在促進新能源發電充分利用的趨勢下，交直流混合微電網及其儲能技術的發展值得更多的關注。

[1]林子杰，衛志農，孫國強，等.基于虛擬同步電機的交直流混合微電網控制策略[J].中國電機工程學報，2017，37（2）：424-432.

[2]丁明，楚明娟，潘浩，等.交直流混合微電網運行優化建模與不確定性分析[J].電力系統自動化，2017，41（5）：1-7.

[3]任志航，李民，馬凱琪，等.交直流混合微電網微元建模與控制[J].電力系統保護與控制，2017，45（21）：82-88.

[4]周林，黃勇，郭珂，等.微電網儲能技術研究綜述[J].電力系統保護與控制，2011，39（7）：147-152.

[5]趙丹陽.風光儲直流微電網協調控制研究[D].成都：西南交通大學，2015.