邊海防部隊微網供電系統智能化能量管控研究

摘 要：隨著分布式發電技術的逐步成熟，由風力發電機組、光伏電池組、蓄電池組、柴油發電機組組成的風光柴蓄獨立微網系統能彌補我軍現有哨所供電保障系統的不足。能量管理和控制是微網系統應用于哨所供電的關鍵，本文根據對微源的運行優先級分析研究了風光柴蓄系統智能化能量管控策略，為風光柴蓄微網供電系統的智能化控制研究提供了參考。

關鍵詞：風光柴蓄;微網;能量管理與控制;智能化;優先級模型

1 引言

對于遠離電網的邊海防哨所，供電主要依賴于柴油發電機組，但內燃機供電噪音大、熱輻射強，既影響工作生活還容易暴露目標。同時，遠離補給點、燃料供應不及時等缺點，滿足不了邊防部隊完成多樣化作戰任務的需求。風光柴蓄微網供電系統具有無污染、無噪聲、節省柴油燃油消耗等特點，是邊海防哨所供電系統的主要發展趨勢。由于風、光資源的較大范圍波動使風、光電能量輸出始終處于不穩定的狀態，這將導致風光柴蓄微網供電系統能量不平衡，因此能量的管理和控制是實現風光柴蓄微網穩定運行的關鍵所在[1][2]。

2 風光柴蓄微網供電系統模型

風光柴蓄微網供電系統，主要由電源（光伏系統、風電系統、柴電系統）、儲能裝置（蓄電池組）、變換器、能量管理控制器、監控系統及負載構成。能量管理與控制系統是微網系統最高層次的控制單元，負責協調優化電源單元、儲能單元及負載能量流動，使能量始終處于平衡狀態，保證系統安全穩定運行。直流微網系統中能量供需是否平衡是由直流母線的穩定性反映的，穩定直流母線是系統能量控制的主要環節，因此如何結合控制直流母線電壓穩定性實現能量管理與控制是微網系統能量管理與控制研究的主要內容?；谝陨纤悸费芯吭O計的風光柴蓄微網能量管理與控制系統模型。風光柴蓄能量管理與控制系統是控制風、光、柴、蓄能量流動的中心，它一般情況下的工作流程為：首先采集風機、光伏電池、柴油發電機、蓄電池的運行狀態參數，然后根據能量管理策略判斷系統運行的狀態進而輸出優化微源運行狀態的控制信號，通過直流母線下垂控制判斷最佳時機輸出微源控制信號，優化微源運行狀態，使系統能量平衡，保障哨所電力需求。這其中能量管理策略是整個系統的大腦，是系統穩定、持續運行的重要保證，由此根據能量平衡的原理結合實際供電需求設計了基于優先級模型的能量智能化控制策略。

3 基于優先級模型的微網系統智能化控制策略

3.1 能量平衡模型

在微網系統中能量供需平衡可用式（3-1）表示

其中是m個電源輸出功率是n個儲能單元吸收或輸出的

功率，是K個負載吸收功率。

在風光柴蓄微網供電系統中，能量平衡可以寫成

式3-2和3-3分別是蓄電池供電和充電對應的功率平衡公式，其中PPV為光伏發電系統輸出功率，PW為風力發電系統輸出功率，PB為蓄電池輸出功率，PBC為蓄電池充電功率，PG為柴油發電機輸出功率，PL為負載吸收功率。

3.2 微源供電優先級模型

在微網系統中包括多個電源及儲能裝置，首先根據環境、資源等因素確定其供電的優先級，系統根據供電單元優先級對電源和儲能單元進行投切控制。邊防哨所遠離電網，存在油料運輸保障成本高，難度大問題且分布式資源豐富，為提高分布式能源利用率，減少柴油發電機使用建立了微網供電優先級模型如圖3-1所示。

首先設定N個分布式電源的優先級1-N，并設定蓄電池供電優先級低于分布式電源，柴油發電機優先級最低，儲能元件吸收功率的優先級低于負載吸收功率優先級。其中Pn為優先級為n分布式電源輸出功率。根據優先級的設定，系統按優先級從高到低依次接入分布式電源、蓄電池及柴油發電機。

由上述模型的控制流程可以看出微網供電優先級模型通過系統單元狀態的變化實時調整系統狀態使系統由一個平衡快速達到另一個平衡，保證了功率供需平衡，也就是達到了對能量的管理與控制?？刂颇Ｐ椭蟹植际诫娫吹臄盗靠梢愿鶕嶋H情況而定，PG一般是柴油發電機組或者電網，蓄電池也可以換成其他儲能方式，這就使系統具有可拓展性。

3.3 風光柴蓄系統能量管理策略

根據微源供電優先級模型，把風光柴蓄微網供電系統拆分為三部分，風力發電系統和光伏發電系統是分布式電源，蓄電池是儲能單元，柴油發生機作為備用電源，設定風力發電優先級為1，光伏發電優先級為2，即P1=PW、P2=PPV。

系統工作時，首先檢測系統各單元參數計算風力發電機、光伏電池、蓄電池輸出功率和充電功率、以及蓄電池荷電狀態SOC，根據負荷功率需求按優先級依次切入風力發電系統、光伏發電系統，蓄電池供電系統以及柴油發電機，最大化的使用風力發電系統的能量和光伏發電系統的能量，只要系統剩余功率滿足蓄電池最低充電功率就給蓄電池進行充電，蓄電池充滿電時可以單獨供電滿足負載最大功率需求，柴油發電機單獨供電能滿足負載功率供電及蓄電池充電功率。系統運行時總是處于平衡狀態或由一個平衡向另一個平衡轉化的狀態。

風光柴蓄微網供電系統的智能化能量管控系統能控制按優先級切入電源、儲能電源，實現了優先級高的電源優先輸出，使系統始終處于功率平衡狀態;能夠使蓄電池根據剩余功率的變化進行充電，充分利用了優先級高的電源，減少柴油機的啟動，提高分布式電源的利用率;通過對能量智能化管控，在無人值守情況下智能化控制系統能夠使供電系統始終保持功率平衡，并且多微源供電提高了系統穩定性，最大化利用風分布式能源發電降低了油料使用，減小了哨所后勤保障壓力，滿足了邊海防部隊哨所的用電需求。

參考文獻

[1]趙錦成，解璞.混合能源互補供電在武器裝備中應用研究[J].電網與清潔能源，2012（3）：53-59.

[2]朱蘭，嚴正，楊秀等.風光儲微網系統蓄電池容量優化配置方法研究[J].電網技術，2012，（12）：26-31.

作者簡介

胡文雷，中國人民解放軍陸軍邊海防學院工程基礎系，助教，研究方向：供電技術。