交直流混合微电网中储能技术的研究

汪 宝 匡洪海 丁晓薇 郑丽平

（湖南工业大学电气与信息工程学院，湖南株洲412007）

0 引言

目前，在促进新能源发电利用的大形势下，微电网得到了巨大的发展，随着微电网技术研究与实践的逐步推进，微电网已逐步发展为交流微电网、直流微电网以及交直流混合微电网三种具体形式。

发展交直流混合微电网的目的在于在提高新能源发电利用率的同时满足各类交直流负荷的高可靠供电，由于微电网中普遍存在太阳能、风能等新能源发电模式，新能源发电功率及负荷的波动导致必须配置相应的储能装置，以提高微电网运行的稳定性。

1 交直流混合微电网的系统结构

交直流混合微电网因同时兼顾单纯的交/直流微电网的优势特征，近年来得到了广泛的关注[1-3]，一种兼顾单纯交/直流微电网优势的交直流混合微电网系统结构如图1所示。

图1 交直流混合微电网结构

在图1所示的交直流混合微电网系统结构中，储能系统包括了直流侧储能单元与交流侧储能单元。交直流混合微电网中储能技术的分析与探讨需分别针对直流侧储能单元与交流侧储能单元具体展开。

2 混合微电网中储能装置的作用分析

2.1 直流侧储能装置的作用

在直流子系统中，太阳能、风能等新能源发电通过相应的电能变换器接入直流母线，而在直流系统中不需要考虑系统无功功率平衡及频率控制等问题，仅需要保持直流母线电压的稳定。由于直流负荷和太阳能、风能发电功率都有着显著的波动性，因此，为了平抑直流子系统的系统功率波动而维持直流母线电压稳定，需要配置储能单元。

因此，交直流混合微电网中直流侧储能单元主要有维持直流子系统功率平衡和直流母线电压稳定，改善直流子系统电能质量的作用。

2.2 交流侧储能装置的作用

交直流混合微电网根据公共配电网的情况存在并网运行与孤岛运行两种运行模式。在并网运行模式下，交流侧的新能源发电功率与负荷功率波动可由公共配电网平抑，交流侧的电压与频率由公共配电网支撑，此时交流侧储能单元进行充电储能以备不时之需。在孤岛运行模式下，交流侧的电压与频率失去了公共配电网支撑，通常需要通过储能变流器进行控制策略的切换，以维持交流母线电压与频率的稳定，此时交流侧储能单元需要快速进行放电释能，以补充与公共配电网断开后的功率缺额，维持交流子系统的功率平衡并提供短时的系统供电。

基于上述分析可知，交直流混合微电网中交流侧储能装置在系统运行中的作用为：在并离网切换时快速平衡系统功率缺额并保证短时孤岛运行时的系统功率供给，维持交流子系统的电压和频率稳定，使得交流子系统的电能质量得以改善。

3 混合微电网中储能方式的分析

3.1 储能方式的分析比较

微电网中储能装置配置的重要性毋庸置疑，而现有可用的储能方式较多，根据交直流混合微电网实际需求选择合适的储能方式便显得至关重要。目前典型的储能方式主要有蓄电池储能、超级电容储能、超导储能、飞轮储能等[4]。对储能方式的评价分析，通常从能量密度、功率密度以及充放电次数等方面进行。几种典型的储能方式特性如表1所示[5]。

表1 几种典型的储能方式特性

3.2 适用于混合微电网的储能方式

在交直流混合微电网中，储能方式的选择需要考虑微电网系统运行的实际需求。在交直流混合微电网并网运行时，储能装置需要具备承受系统功率波动的能力，并能够储备一定的电能以备不时之需；在交直流混合微电网由并网向孤岛切换时，交流侧储能装置需要快速释放电能补充系统的功率缺额，维持系统稳定；在交直流混合微电网孤岛运行时，储能装置需要具备一定的电能储备，提供系统短时的负荷需求。因此，交直流混合微电网中储能装置的确定通常需要考虑储能方式的能量密度和功率密度。

由上述几种典型储能方式特性可知，蓄电池具有较大的能量密度，但功率密度和充放电性能存在劣势；而超级电容具有非常理想的功率密度和充放电性能，但能量密度存在不足。因此，将蓄电池与超级电容器两种储能方式结合构成混合储能系统，是满足混合微电网运行需求的最佳储能方式。

4 结语

微电网作为大电网的一种补充，在促进新能源发电利用、提高供电可靠性以及便捷控制等方面有着其特殊的优势。交直流混合微电网作为微电网未来发展的一种趋势，其研究与应用有着极大的发展潜力。储能是微电网的核心组成部分，对改善微电网系统运行稳定性和系统电能质量都有着极其关键的作用。在促进新能源发电充分利用的趋势下，交直流混合微电网及其储能技术的发展值得更多的关注。

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