基于混合儲(chǔ)能微電網(wǎng)控制策略研究

柯海山

南京國電南自電網(wǎng)自動(dòng)化股份有限公司 江蘇 南京 211100

1 微電網(wǎng)系統(tǒng)基本原理

1.1 微電網(wǎng)工作方式

當(dāng)微電網(wǎng)離網(wǎng)工作時(shí)，微電網(wǎng)中的主電源支撐整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，使用VF控制模式維持微電網(wǎng)的電壓和頻率。當(dāng)根據(jù)負(fù)載需求激活和停用可控微源時(shí)，會(huì)出現(xiàn)功率波動(dòng)。而超級電容器具備快速釋放/吸收功率的能力，因此，在切換可控微型電源時(shí)，超級電容器用于平抑功率波動(dòng)。電池通過充電和放電進(jìn)行維護(hù)系統(tǒng)整體性能穩(wěn)定。此時(shí)，能量存儲(chǔ)裝置采用下垂控制方法[1]。

2 混合儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略

超級電容器具備短期快速釋放大功率特性，電池容量大，對微電網(wǎng)提供中長期電力保障，兩者功能不交叉，在響應(yīng)速度上實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，所以混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的穩(wěn)定性強(qiáng)。混合儲(chǔ)能設(shè)備集成到混合儲(chǔ)能系統(tǒng)中，微電網(wǎng)接入電網(wǎng)，以這種方式接入電網(wǎng)能夠較少對電網(wǎng)的擾動(dòng)。

2.1 儲(chǔ)能裝置逆變器控制方式

解決非線性控制問題的有力控制方法之一滑模變結(jié)構(gòu)控制，主要是用于處理建模誤差，然而由于諸如開關(guān)和系統(tǒng)故障之類的非理想因素影響，可變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)易產(chǎn)生高頻噪聲。本文提出把模糊控制與滑模控制的優(yōu)缺點(diǎn)及其相關(guān)性結(jié)合起來，將模糊滑模控制策略應(yīng)用于混合動(dòng)力儲(chǔ)能裝置。

滑模控制的優(yōu)點(diǎn)有兩點(diǎn)，第一，它可以減小參數(shù)不確定性所帶來的影響，第二，它可以緩解外部所帶來的干擾。在以往經(jīng)驗(yàn)的影響下，設(shè)計(jì)了滑模模糊控制器，該控制方法對于減少滑模控制的振動(dòng)問題具有很大的作用。

2.2 儲(chǔ)能裝置DC／DC變流器控制方式

圖1 混合儲(chǔ)能裝置控制框圖

圖1是混合儲(chǔ)能設(shè)備的控制框圖，超級電容器和蓄電池，分別使用DC／DC變流器進(jìn)行控制，使其相互切換控制模式及放電更加的靈活。在放電時(shí)，儲(chǔ)能裝置控制高壓側(cè)，儲(chǔ)能容量大有足夠裕度，直流電母線的穩(wěn)定性就會(huì)得到提升。在評價(jià)一個(gè)儲(chǔ)能裝置的儲(chǔ)能能力時(shí)，主要依據(jù)是能否確保并網(wǎng)，離網(wǎng)運(yùn)行正常；在切換控制模式時(shí)微電網(wǎng)的電壓負(fù)載是否正常；是否能正常供電。

由于占空比d由開關(guān)管的導(dǎo)通/截止時(shí)間決定，因此可以控制開關(guān)管的導(dǎo)通/截止時(shí)間，實(shí)現(xiàn)雙向能量傳遞控制。外部環(huán)路電流參數(shù)由PH總線功率的差異通過低通濾波器獲得，用于功率分配和PI計(jì)算。

3 微電網(wǎng)并離網(wǎng)

微電網(wǎng)運(yùn)行過程中主要經(jīng)歷并網(wǎng)，離網(wǎng)，負(fù)荷投切這幾個(gè)過程，保證切換過程平穩(wěn)是微電網(wǎng)的重要指標(biāo)。本文中的具體控制策略如下：

（1）微電網(wǎng)在并網(wǎng)中運(yùn)行時(shí)，非可控制微源采用PQ模式控制，當(dāng)可控微源斷開時(shí)，蓄電池和超級電容器可以同時(shí)對微電網(wǎng)進(jìn)行充電或者放電。合理分配系統(tǒng)的功率盈余或缺額，根據(jù)分配結(jié)果對混合儲(chǔ)能裝置變流器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，確保并網(wǎng)功率接近目標(biāo)值。

（2）在微電網(wǎng)由并網(wǎng)向離網(wǎng)狀態(tài)切換的過程中，超級電容器進(jìn)行放電，可以迅速緩解微電網(wǎng)功率缺失的情況。通過調(diào)節(jié)DC／DC變流器來保證直流電母線電壓穩(wěn)定，將并網(wǎng)點(diǎn)PCC點(diǎn)斷開，電網(wǎng)的電壓和頻率值作為混合儲(chǔ)能裝置VF控制的參考電壓和參考頻率，減小混合儲(chǔ)能裝置的投入對微電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊影響。

（3）微電網(wǎng)在離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可控制微源采用VF模式控制，這時(shí)非可控微源會(huì)斷開。微電網(wǎng)與電網(wǎng)之間的電壓偏差和相角偏差決定微電網(wǎng)從離網(wǎng)切換到并網(wǎng)所產(chǎn)生的電流，因此微電網(wǎng)在并網(wǎng)中運(yùn)行時(shí)須通過同步控制將電壓和相角調(diào)到與電網(wǎng)基本一致，減小并網(wǎng)合閘時(shí)產(chǎn)生的沖擊，本文采用直接調(diào)整主電源VF控制的參考電壓和參考頻率的方式進(jìn)行預(yù)同步控制。

4 結(jié)束語

混合儲(chǔ)能系統(tǒng)與單個(gè)儲(chǔ)能裝置相比具有明顯的優(yōu)勢，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)是將超級電容器和電池組合起來，運(yùn)行時(shí)會(huì)緩解功率波動(dòng)或沖擊對儲(chǔ)能裝置的傷害，延長儲(chǔ)能裝置的使用壽命，同時(shí)成本也不是很高。在微電網(wǎng)中設(shè)計(jì)了一個(gè)模糊滑模控制器，該控制器主要是控制混合儲(chǔ)能裝置的逆變器，通過具體的事例證實(shí)了該控制器的有效性和合理性。該控制算法可以平滑微電網(wǎng)并網(wǎng)、離網(wǎng)、負(fù)荷投切時(shí)的波動(dòng)功率，保證在切換過程中產(chǎn)生的沖擊限制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，驗(yàn)證了控制策略的可行性。