分布式新能源發電中儲能系統能量管理

丁一

摘要：隨著我國可持續發展戰略的持續推進，新能源產業逐漸替代傳統不可再生能源成為我國各大產業中的主要能源輸出。在利用新能源發電領域中，如何對分布式發電和能源儲存系統進行合理、有效的管理，以保證整個發電系統各項組成部分的功率平衡及發揮超級電容和蓄電池的特點，是現階段相關科研部門亟需解決的問題。基于此，本文針對幾種不同的模式分類展開討論，通過采取相應的控制對策，來實現分布式發電中儲能系統中能源管理的最優化。

關鍵詞：新能源發電;分布式;儲能系統;能量管理

Abstract： With the continuous advancement of my country's sustainable development strategy， new energy industries have gradually replaced traditional non-renewable energy sources as the main energy output in my country's major industries. In the field of power generation using new energy， how to manage the distributed power generation and energy storage system reasonably and effectively to ensure the power balance of the various components of the entire power generation system and the characteristics of super capacitors and batteries are relevant scientific research at this stage. Problems that need to be solved urgently by the department. Based on this， this article discusses the classification of several different modes and adopts corresponding control strategies to realize the optimization of energy management in the energy storage system in distributed power generation.

Keywords： new energy power generation; distributed; energy storage system; energy management

新能源的發展符合我國可持續發展戰略的統籌規劃，也符合我國對能源儲備與消耗的長遠預期，更是未來能源發展的必然趨勢。近年來，我國對于新能源的發展和重視程度逐漸增加，類似太陽能、海洋能、風能等新能源的迅速發展也為電力產業帶來了新的基礎能源。在分布式新能源發電系統中，為了保證發電系統能夠在獨立的孤島條件下為本地負載提供持續、穩定的電能輸出以及外部電網不受到發電系統輸出功率較大程度的波動影響，儲能系統作為整個新能源發電系統中十分重要的一環，其作用是其他系統無可替代的。從理想化角度分析，符合人類期望值的儲能系統需具備密度大、響應時間短、生產成本低、維護保養簡單、使用壽命久的特點，但目前還沒有相關儲能設備能夠符合以上條件。蓄電池作為常用的電量儲存的設備，具有存儲空間大、采購成本低、維修成本低等特點，現階段已在許多行業中廣泛應用，但由于缺乏智能充放電管理和系統響應速度遲緩等特點，經相關研究部門試驗不具備作為分布式發電系統中的儲能設備。超級電容在充放電管理和系統響應速度等方面較為智能，可能有效彌補蓄電池在這幾方面的明顯不足，因此，研究人員決定通過將超級電容與蓄電池結合形成一個整體儲能系統，通過能量管理系統的控制與電力電子變流器的變流，使蓄電池和超級電容在系統內發揮各自具有的優勢，從而保證分布式發電系統的可行性和持續發展。

1 儲能系統工作模式

在分布式發電系統中，電能儲存器和超級電容的各項性能是決定能源系統是否能保持穩定運行的重要參數。在測量超級電容器電壓時，通過測量與其成正相關的單電壓值的平方來測得超級電容的余量，但由于電壓余量與單電壓無法用相關函數關系表示出來，因此需要對單電壓值進行單獨測量。在測量過程中，相關研究人員通過采用卡爾曼濾波和集成系統參數的方法來簡介對蓄電池SOC的參數進行測算。

根據相關實驗基礎數據對超級電容SOC進行設定，規定電容低于20%或高于90%均不屬于正常狀態;對蓄電池SOC進行設定，規定電容低于30%或高于90%均不屬于正常狀態，因此對蓄電池和超級電容的組合可以分為以下九種模式，科研人員針對每一種情況分別設定了唯一的控制策略，在系統實際運行過程中通過對蓄電池和超級電容SOC數值的檢測來判斷最優策略。表1為儲能系統剩余容量模式。

2 不同工作模式的控制策略

為了計算發電系統中儲能設備對于新能源輸出與負載消耗所產生的功率差，以保證系統內外功率保持穩定和平衡，減少外網受功率變化所產生的影響，可以進行如下計算：

Pstorage=Pbatt+Psc=Pwinl+Psolar-Pload

上式表示為儲能系統吸收功率為蓄電池和超級電容吸收功率之和，也可以理解為風機和太陽能電池發出功率與負載吸收功率之差。通過對Pwinl、Psolar和Pload數值的檢測，可以求出Pstorage的值。在Pstorage一定的情況下，可以根據蓄電池和超級電容的特點和性能合理分配蓄電池吸收的功率和超級電容吸收的功率。

為了分別得到充放電電流的參考值，可以對蓄電池和超級電容的兩端電壓進行檢測，如下式：

Ibatt-ref=Pbatt/Vbatt ? ? 或 ? Ibatt-ref=Psc/Vsc

根據Ibatt-ref和Ibatt-ref的參考值，采用恒流控制的方法保證交直流混合母線分布式發電系統中的雙向DC-DC變流器按照系統所示的要求輸出響應的功率。圖1為交直流混合母線分布式發電系統。圖2為雙向DC-DC恒流控制框圖。

2.1儲能系統正常模式

由于SOCbatt和SOCsc均處于正常范圍內，因此儲能系統正常模式（Mnn）屬于分布式發電系統中正常的工作模式。在風能發電和太陽能發電過程中，風能和太陽能具有間歇性的特點，這也就會導致發電系統中的本地負載呈間歇性波動，進而影響瞬時功率出現較大變化，而蓄電池的響應靈敏度較低，無法對高頻功率波動做出及時、有效的響應，因此需要在儲能系統中搭配超級電容來吸收這部分功率，但超級電容的儲能空間較小，無法長時間存儲大量電能，因此超級電容也需要搭配蓄電池來完成儲能。

2.2超級電容異常模式

在SOCsc異常模式下，SOCbatt處于正常范圍內，但SOCsc的波動值經常處于正常區間外，會導致整個儲能系統無法正常吸收或釋放高頻功率，一旦這種模式長期存在，會導致系統無法正確識別因天氣突然變化或負載異常所導致的響應失常。因此，相關人員需要盡快研發出解決這種異常模式的解決對策，以此來保證整個系統更加穩定、持續地運行[1]。

2.3蓄電池異常模式

在SOCbatt異常模式下，SOCsc處于正常范圍內，但SOCbatt的波動值經常處于正常區間外，將會對微電網系統的持續工作能力造成相對較為嚴重的影響。在并網運行時，需要將內外部電網進行能量交換，以保證SOCbatt恢復到正常模式，盡管此方法會對電網的正常運行會造成一定的影響，但相比較其他并網模式此影響可以忽略不計[2]。

2.4超級電容、蓄電池均異常模式

在SOCbatt和SOCsc處于一高一低的兩種情況下，二者可以通過直流母線實現功率均衡，從而達到相對正常的模式。如果二者的SOC均高于正常值，需要在孤島運行時將輸出功率控制在負載吸收功率以下，儲能系統補充剩余輸出功率，直至二者達到正常模式。如果二者的SOC均低于正常值，需要在孤島運行時降低負擔載荷來滿足正常運行狀態，待二者恢復正常范圍后在進行并網連接。

結語：綜上所述，本文就分布式新能源發電系統中儲能系統能量管理方面的問題進行分析和探討，列舉出儲能系統剩余容量可能出現的4種模式，對其進行分類討論，并給出相應策略，以實現新能源發電系統與外網連接時能保證持續、穩定的電能輸出。

參考文獻：

[1]張登義.分布式電源及其并網對電力系統的影響研究[J].科技風，2021，{4}（17）：193-195.

[2]孫巖.區域電網光伏發電對電力系統規劃的影響及分析[J].油氣田地面工程，2021，40（05）：67-69.