分布式新能源發電中儲能系統能量管理分析

侯鵬

摘 ?要：隨著我國經濟的發展，科學技術水平的提升，太陽能、風能等新型能源應運而生，而且發展十分迅猛，對于分布式發電系統來說，要求系統具備孤單運行能力，為本地負載提供持續不斷的電能。此外，為了降低太陽能、風能對外部網絡產生的沖擊，其中儲能系統是不可或缺的重要組成。本文針對分布式新能源發電中儲能系統能量管理進行了分析。

關鍵詞：分布式新能源發電;儲能系統;能量管理

一、交直流母線混合型分布式發電儲能系統概述

本文所提及的分布式新能源發電系統采用的是交直流母線混合型分布式發電系統，其通過風能和太陽能這兩種新能源進行發電，其系統結構如圖1所示。一般情況下，風能和太陽能發電都處于最大功率點的跟蹤狀態[1]。但是因風能和太陽能發電極易受到天氣等因素的影響，從而導致系統的輸出功率不穩定。所以為了保證該系統能夠在孤島條件下處于長時間的穩定運行狀態，本文采用蓄電池及超級電容作為系統的儲能裝置，并根據這兩種儲能裝置的自身特點及剩余容量等情況制定不同的控制策略，以實現對能量的有效控制。

二、儲能系統工作模式

在本儲能系統中，蓄電池和超級電容這兩種儲能裝置的剩余容量是系統進行能量管理的關鍵依據。根據蓄電池和超級電容的特點，對儲能裝置的不同狀態進行設定。針對蓄電池而言，將蓄電池的剩余容量為30%以下作為低容量狀態，30%～90%之間作為正常狀態，而90%以上則為高容量狀態;而針對超級電容而言，將剩余容量在20%以下作為低容量狀態，20%～90%之間作為正常狀態，而90%以上作為高容量狀態。

基于上述對儲能裝置不同工作狀態的劃分，能夠將儲能系統的工作模式劃分為9種，且每種工作模式所對應一種不同的控制策略。在分布式發電儲能系統的實際運行過程中，需要依照不同的狀態采用不同的控制策略。為了對這些工作模式進行更便捷的區分，可將這些工作模式大體上分為四類，分別是均正常模式、蓄電池異常模式、超級電容異常模式、均異常模式。

三、不同工作模式的能量管理策略

針對分布式新能源發電的儲能系統而言，利用恒流控制對系統中的雙向DC-DC變流器進行控制操作，從而使儲能系統可以依照相應的要求輸出功率，并確保蓄電池的輸出功率和超級電容的輸出功率保持一致。以下對上述四種工作模式下的能量管理策略進行詳細的介紹。

3.1均正常模式下的能量管理策略

該模式是分布式新能源發電儲能系統最為常見的一種工作模式，在該工作模式中，蓄電池及超級電容這兩個儲能裝置中的剩余容量均處于正常狀態。但是因系統所采用的風能發電和太陽能發電都存有間歇性的特性，所以在實際的運行過程中，較容易出現本地載荷突發性增加或減少的情況，而這種情況的出現就會造成系統中的輸出功率出現高頻波動。與此同時，因蓄電池裝置的充放電過程需要較長的時間，無法對這種高頻波動進行及時的控制，由此需要利用超級電容對這部分波動的功率進行控制，詳細的能量管理策略如圖2所示。

此外，在分布式發電儲能系統處于并網狀態或在孤島條件下運行的過程中，同樣能夠采用上述的能量管理策略對儲能系統中的功率進行合理的分配，依照實際情況產生出所需的功率。并可以通過對增益K的有效調節，實現對蓄電池和超級電容這兩個儲能裝置輸出功率的分配。例如在超級電容的剩余容量較大時，可以提高增益K，以此使超級電容來承擔更多的功率輸出。

3.2蓄電池異常模式下的能量管理策略

針對蓄電池異常模式而言，其異常情況主要體現為：蓄電池儲能裝置的剩余容量較低或較高，超級電容裝置的剩余容量則處于正常狀態。在這種情況下，會降低整體電網系統的運行穩定性和安全性，需在最短的時間內使系統恢復到正常的工作模式。同時，在分布式發電中的儲能系統處于并網狀態時，其運行狀態同蓄電池電容異常模式較為相近，需要利用內外電網交換能量的方式來恢復蓄電池裝置的剩余容量。

在這一過程中也會產生相應的功率沖擊，但是影響并不顯著。此外，儲能系統在孤島條件下運行時，因超級電容裝置的能量存儲能力有限，無法在短時間內通過能量傳遞來使蓄電池裝置恢復到正常狀態。對于這種情況只能通過超級電容來維持能量的傳遞，直至并網成功后再將蓄電池裝置充電到正常的運行狀態。

3.3超級電容異常模式下的能量管理策略

針對超級電容異常模式而言，其異常情況主要體現為：蓄電池儲能裝置的剩余容量正常，但是超級電容儲能裝置的剩余容量則出現較低或較高的異常情況。在這種情況下，分布式發電儲能系統的吸收和釋放高頻功率的性能會出現降低，甚至會造成系統的相應能力喪失。需在最短的時間內使系統恢復到正常的工作模式。同時，在分布式發電中的儲能系統處于并網狀態時，可以將外部電網看作為一個無窮大的電網連接，由此超級電容則能通過能量傳遞將自身超出的能量傳遞至外部電網，進而使自身恢復到正常狀態。此外，儲能系統在孤島條件下運行時，因缺少外部電網的輔助支持，所以必須保證儲能系統時刻處于功率平衡的狀態，由此需要利用超級電容來提高系統的響應能力。并且為了提高分布式新能源發電輸出功率的穩定性，還應加強蓄電池和超級電容這兩個儲能裝置間的能量傳遞，以此實現對能量有效管理。

3.4均異常模式下的能量管理策略

針對均異常模式的能量管理策略而言，需要對上述兩種異常模式進行綜合考慮，通過直流母線的互相均衡，來使異常模式轉變為上述的某個模式，由此再采取相應的管理策略對其進行控制。對于均異常模式下的能量管理策略而言，可以分為兩種：一是超級電容和蓄電池剩余容量均過高的情況，這時要在孤島運行時，對其輸出功率進行控制;而針對超級電容和蓄電池剩余容量均過低的情況而言，要切除不必要的負載來維持敏感負荷的正常，以保證發電系統的穩定。

四、結語

綜上所述，本文將由蓄電池和超級電容共同組成的混合儲能系統依照剩余容量的不同劃分為多種工作模式，并結合蓄電池和超級電容這兩種儲能裝置的特點，制定出針對性的能量管理策略，以此實現分布式新能源發電系統中的功率平衡，盡可能減少系統內部功率波動對外部電網造成的沖擊影響，保證分布式發電系統在孤島條件下的平穩運行，有效實現了混合型儲能系統的能量管理，大大提高了儲能系統能量管理的有效性。

參考文獻：

[1]吳健超.含分布式能源的家庭能量管理系統優化調度研究[D].東南大學，2017.

[2]孫博，魏海坤.基于分布式發電的多類型儲能系統的設計與應用[J].工業控制計算機，2016，29（4）：140-141.

[3]孫博.多類型儲能系統在分布式發電中的應用技術研究[D].南京：東南大學，2016.

[4]李相俊，王上行，惠東.電池儲能系統運行控制與應用方法綜述及展望[J].電網技術，2017（10）：233-243.