基于混合储能的可调度型分布式电源控制策略分析

基于混合储能的可调度型分布式电源控制策略分析

杨跃华黄丽杨红

国网绵阳供电公司四川绵阳621000

摘要：随着分布式能源的日益增长，分布式能源对电网的影响日益增加。为了减少分布式能源的不利影响，能源储存系统被广泛使用。本文针对混合储能系统和可再生能源发电机组，设计出了由蓄电池和超级电容器和发电机组的存储系统组成的分布式电源控制策略。当荷电状态的储能元件不受限制，可再生能源发电系统采用最大功率点跟踪控制的方法，采用低通滤波方法得到的参考功率电池和超级电容器的电压控制的方法，来保证直流母线电压的稳定。

关键词：蓄电池；超级电容器；混合储能系统；可再生能源发电

本文设计了一种用于蓄电池和超级电容器的混合储能系统。系统的状态和存储的能量存储元件是根据分布式发电机组和可再生能源发电机组电源的方案制定的，采用的是电池寿命分布功率控制策略。根据储能元素的状态切换控制的线路电压运行范围，以防止系统传统控制模式切换和蓄电池的暂态冲击。本文还介绍了超级电容器端电压的影响和控制方法。最后，通过EMTDC/PSCAD仿真计算实例，证明了该控制策略的合理性和有效性。

1电源结构设计

基于混合储能的分布式电源拓扑结构。可再生能源发电系统（以下光伏发电系统作为一个例子），蓄电池和超级电容器储能通过换流器将直流/直流转换器并联在直流母线上，这就构成了电源控制直流电源系统，直流电源系统直流/直流交流变流器与电网（或微电网）连接。在直流通过时，光伏发电系统、蓄电池系统及超级电容器协调控制，使得之间的直流母线电压最大化。利用可再生能源发电，优化电池充电和放电过程，达到延长电池使用寿命的目标。根据分布式电源在电网中所承担的不同任务，直流/交流变频器的控制可以通过PQ、VF控制，根据系统运行或调度要求参与系统的电压和频率调节。

2本地协调控制器的能量管理策略

2．1储能装置SOC容量未越限情况下系统的优化控制

根据直流/交流转换器的控制模式，整个分布式供电系统的输出功率是由调度功率指令或电网负荷组成的情况确定的。为了实现充分利用可再生能源的目标，该储能装置当系统不受限制时，光伏系统MPPT控制混合储能系统承担剩余的因为系统功率不足而产生的问题，例如功率波动和光伏负载。根据混合储能系统蓄电池和超级电容器的特性，从功率的角度来说，按以下原则：超级电容器被假定为采取系统中的波动幅度大的功率尖峰。其长周期寿命、高输出功率的优势，能快速响应电池系统的潜在动力不足等问题，减少小回路充放电，避免过充、放电时产生的问题，延长使用寿命。为了区分混合储能系统输出功率的高低频率组成的不同，提出1个建议，使用低通滤波器提取的混合输出功率的低频分量，如电池的功率指令。但低通滤波器具有信号衰减和相位延迟的特性，可能会导致超级电容继续充电或放电操作的发生，同时，超级电容器的能量密度很小，这是由滤波算法引起的。超级电容器的功率偏差很容易引起系统的系统性越限，所以本文基于传统的低通滤波算法进行了修改。

2．2储能装置SOC容量越限情况下系统的协调控制

当超级电容器或蓄电池SOC越限时，采用此方法。由于前一个所述控制模式并不能稳定直流母线电压，不能保证系统的正常运行。因此，储能装置的系统芯片系统的控制方式需要改变系统模式。由于电池储能系统难以准确测量，本文该系统的控制方式是：基于直流母线电压的变化情况，控制恒压储能装置。系统状态如果达到上限，仍然继续使用它的稳定系统直流母线电压，只有当直流母线电压上升或下降，超出了正常工作范围，系统监测直流母线电压超出正常控制模式时，就要改变它的的正常运行范围。

2．3超级电容器端电压预控制

该方法可用于保持直流母线电压的一部分，从而使得整个系统稳定运行。但由于电容器的功率密度很小，其容量很容易达到极限，为了避免系统控制模式之间的频繁切换电池的问题和频繁的工作在恒压控制模式，对电池寿命的不利影响，当直流电源系统正在运行时，采用超级电容端电压控制方法。

3仿真分析

图1光伏系统输出功率

为了验证本文控制算法的有效性，EMTDC仿真软件已建立起来可调度型分布式电源模型，如图2。其中，直流/交流转换器是用于间接控制，其调度功率为40千瓦。可控光伏系统电流源模型，这是采用某检测基地实际光伏系统从9点到15点的光伏发电系统的实际输出测量数据。在仿真模型中，仿真时间是采取理想电压源和电阻串联模型，试验考虑其容量，以满足一天的能源储存在光伏系统释放，其容量设计为750A.h，额定电压为400伏，额定功率为30千瓦。电容器和电容器模型电阻额定功率为40千瓦，能满足最大功率输出的原理，其电容值0.1，根据光伏系统的输出特性，滤波器的时间常数为1，滤波补偿系数调整系数为K=0.5。

图2可调度型分布式电源直流供电系统控制结构

4结论

本文提出了一种基于混合储能的新型储能方法，分布式电源的拓扑结构与直流电源系统的局部关联，研究了该控制器的能量管理策略。在管理策略上，分析了储能装置是否越限情况下，对可再生能源发电系统、蓄电池和超级电容器协调控制。通过仿真结果可以看出，使用本文提出的控制策略可以保证整个分布式电源系统根据调度电力或系统负荷需求，成功对存储电池的工作过程和能量存储系统的技术改进。同时具有经济绩效。分布式电源可以直接或者间接根据电网调度指令的操作，以减少间歇性的可再生能源的浪费，也可以在下垂控制模式下运行，参与电网频率和电压调节，同时可作为微电网，保持微电网的电压和频率稳定度。

参考文献：

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