光伏直流微電網超級電容儲能控制策略分析

蔣軍勝

摘 要 光伏直流微電網的工作模式主要包括離網模式和并網模式，在離網模式當中，改變負荷和電源功率之后，母線電壓會產生較大的波動。在并網模式當中會產生低次諧波，導致并網電流發生脈動，降低了電能質量。本文提出了光伏直流微電網超級電容儲能控制策略，保障電能質量。

關鍵詞 光伏直流微電網;超級電容;儲能控制策略

微電網有機整合了負荷和儲能裝置以及變流器等裝置，這是一種小型的發配電系統。連接微電網和配電網，控制微電網運行過程，落實能量管理工作，可以保障并網和離網運行的穩定性。但在微電網存在波動性，影響到供電質量。本文提出了光伏直流微電網超級電容儲能控制策略，可穩定的供電。

1光伏直流微電網超級電容儲能概述

為了利用分布式電源，實現供電工作的可靠性，保障電能質量。可通過建立微電網模型，控制儲能系統和分布式電源，仿真分析并網運行狀態和離網運行狀態，總結分析得出相應運行結果。

在運行階段如果發生了隨機性問題，沒有提出針對性的解決方案，電能質量將會受到影響。對微電網孤島模式構建模型，通過分段控制電壓，穩定母線電壓。但在系統高功率情況下如發生突變問題，將會大幅度改變母線電壓，影響到系統穩定性。在直流微電網光伏功率中，提出功率自主平衡措施，根據實際情況切換工作模式，可避免功率大幅度的波動以及發生低次諧波影響并網運行系統的穩定性[1]。

光伏直流微電網在極短時間內會改變系統功率，可利用超級電容作為儲能裝置，超級電容的充放電工作比較快，同時具有較大的功率密度，在離網運行狀態中，可在雙閉環控制階段，控制微分控制電壓功率，動態響應微電網電能供給工作的變動情況。在并網模式中，提出電流補償控制策略，檢測輸出電流的脈動，抑制低次諧波，使微電網系統并網運行的穩定性得到提高。

2光伏直流微電網超級電容儲能控制策略

2.1 離網運行超級電容控制方案

直流側功率和電壓之間具有非線性關系，在暫態情況當中，利用傳統的閉環控制方式，不僅無法快速調節母線電壓，還會提高直流母線電壓的波動幅度。通過超級電容調節直流母線的低壓波動，利用直流母線功率微分控制方式，實時反饋直流母線功率，利用超級電容動態響應直流母線的電壓[2]。

2.2 并網運行超級電容控制措施

在并網運行狀態當中，如果光伏電池板組件和負荷功率發生改變，將會改變電網電流參考值。如果微電網中分布式電源具有穩定性，可以保障系統工作的穩定性。如果微電網出現非線性負載問題，發生低次諧波之后，電網電流發生脈沖，電能質量會受到影響。而超級電容充放電工作比較快，可快速動態的響應電流控制環，因此可利用超級電容電流控制環，補償并網狀態中的脈動。為此實施中需設計分析超級電容電流控制器，完善超級電容并網控制環策略。

3實驗分析

通過搭建直流微電網的控制系統該實驗模型分析，在初始階段超級電容進行充電，可以吸收剩余功率，根據下圖可知，超級電容在在2s之后會突增負載功率，超級電容也因此轉變為放電模式，提供額外功率的負載。在3s階段會突降負載功率，超級電容轉變為充電模式，在這一階段吸收額外的功率。在4.5s階段，開始降低光照強度，如果光伏輸入功率在負載消耗功率以上，可以繼續為超級電容充電，高效吸收多余的功率。

系統輸入輸出功率波形利用傳統控制方案，母線電壓波動在10%以上，需要0.5s的時間恢復額定電壓值，利用超級電容控制方案，可以控制直流母線電壓波動在5%以內，只需利用0.2s時間恢復額定電壓值，可保障微電網系統的穩定性。因此利用超級電容儲能控制方式，可以達到良好的暫態響應，可快速調節直流母線電壓，獲取平滑的電壓波形，減少波動范圍[3]。

在4s時間段突然輸入功率，利用傳統并網控制方式，如果輸入功率發生突發，將會振蕩三相電流，需要較長的時間恢復穩定工作狀態。利用超級電容補償控制方式，需0.3s便可恢復并網三相電流的穩定性，同時可以更加平滑的切換兩種工作狀態，不會發生波形畸變問題。

利用傳統控制方案，穩態電流中會較多的高頻脈動成分，在4s之后發生功率變動過程，導致電流波形發生畸變問題。利用超級電容補償控制方式，可以有效抑制輸出電流的脈動，獲取正弦波，在暫態中，如果獲取率電流正弦波，并且電流沒有發生畸變，可以平滑地過渡兩種工作狀態。

4結束語

本文提出了光伏直流微電網超級電容儲能控制策略，利用超級電容可以快速調節光伏直流微電網，提升整體供電質量。利用超級電容儲能控制方案，在離網狀態當中，將功率微分控制方案加入到傳統電壓電流雙閉環控制工作中，利用超級電容動態響應直流母線的電壓。在并網運行狀態當中，利用并網電流脈沖補償控制措施，有效控制并網電流的脈動問題，高質量的傳輸電能。在離網狀態當中，利用超級電容儲能控制方案，可以降低直流母線的電壓波動，提高調解工作的速度。在并網運行狀態當中，補償系統分量可以有效控制并網脈動情況，平滑的過渡工作狀態，有效控制低次諧波問題，使并網電能質量因此提高。

參考文獻

[1] 陶海波，楊曉峰，李澤杰，等.電能路由器中基于MMC的超級電容儲能系統及其改進SOC均衡控制策略[J].電網技術，2019，43（11）：3970-3978.

[2] 張超，陳永強，鮑曉婷，等.基于超級電容儲能系統的不對稱故障下PMSG控制策略研究[J/OL].電源學報，2020-08-17.

[3] 孫誼媊，南東亮，張公生.含超級電容儲能的直驅永磁風電機組高電壓穿越控制策略[J].電氣傳動，2018，48（10）：48-52，84.