带混合储能的微网并网控制策略

2019-08-23陈守信

电子技术与软件工程 2019年13期

文/陈守信

近年来，国内外都对投入了大量的精力、人力和物力在储能系统的控制策略研究上，并且提出了在短期负荷预测基础上对微电网储能系统进行主动控制的策略，将充放电次数、蓄电池容量的实际情况考虑进去，结合负荷预测的结果，对蓄电池的充放电情况进行主动控制，对其充放电曲线进行优化。通过超级电容的作用，让其成为微电网的储能单元，并且建立了互补脉冲宽度调制控制的小信号等效模型，通过对功率前馈环节和双闭环控制的利用，提高了直流母线电压的稳定性。

1 带储能的分布式发电系统结构

文中所选择的研究对象是能够提高电能质量的交直流母线型微电网结构，这一电网结构控制起来相对简单，而且更适合超级电容、蓄电池等直流负载和直流电源的连接。新能源发电装置主要包括两类，一类是通过超级电容和蓄电池等组成的混合储能单元将直流母线和变换器连接起来；另一类是直流母线与变换器连接，交流母线和逆变器连接，让交流负载直接接受交流母线提供的电能。当直流负载电压等级匹配可以直接与直流母线连接，若直流负载电压等级不匹配则通过直流变换器和直流母线直接进行连接。

2 系统控制策略设计

2.1 超级电容储能系统控制策略

组成超级电容储能系统的部件主要包括：双向直流变换器（Bi-DC/DC）、超级电容和逆变器等。超级电容组成是将等效电阻、等效电容进行串联组成的模型，直流变换器部分是非隔离型升压和降压电路双向变换器（Buck-Boost），交流电/直流电部分为电压源逆变器。如图1所示。

图1

为了实现低压侧直流高压与超级电容器之间能量双向流动且保持高压侧电压恒定，因此，文中双向直流变换器采用双回路控制方式（PI）：实际侧值Udc2与外环高压侧给定值Udcref的偏差，经过双回路调节装置输出高压侧电流控制信号Idc，通过直流变换器功率守恒和占空比定义原则能计算出超级电容电流参考控制信号Iscref，想要对双向直流变换器进行有效控制需要通过电流环的输出经脉冲宽度调制。为了更好的满足超级电容快速释放电能和吸收电能的要求，电压源型逆变器部分（VSI）可以通过电流内环和功率外环双回路共同对其进行控制，这样可以实现无差别控制。

2.2 蓄电池控制策略

若充分考虑蓄电池在进行充电和放电过程中的电阻电容特性，文中所述蓄电池为等效电压源模型，这一模型与真实的蓄电池电路更为接近。等效电压源模型的组成部分包括：欧姆内阻（Rbs）、理想电源（Ub）、极化电容（Cbp）以及极化内阻（Rbp）等组件构成。让蓄电池通过双向直流变换器和直流母线相连，这样操作不仅可以实现能量的双向流动，还可以实现降低蓄电池的所需电压等级。蓄电池电压在运行过程中处于正常范围内时，通过对外部所需蓄电池功能值的大小（Cb）来判断和控制蓄电池的充放电量，当蓄电池功能小于零时双向直流变换器处于升压电路状态，当蓄电池功能大于零时，双向直流变换器处于降压电路状态。

2.3 混合储能控制策略

微电网处于和主网相连状态下进行工作时，会向主网吸收或者输出功率，微电网和主网进行功率交换时，实际交换的额定功率需要参考微电网在前一日预测的净负荷曲线变化情况。然而，因为间歇式微电源的输出功率在预测方面存在一定的误差，进而导致微电网和主网之间的共同连接点（PCC）净负荷功率一定存在波动性，没有办法实现其与预测曲线的变化情况保持一致，进而降低主网电波的可协调性。

间歇式微电源输出功率Pb通过一阶段滞后滤波后得到平滑的间歇式为电源功率输出指令Pbp，原功率和指定功率之间存在一定的差额（△Psc），这就是超级电容储能系统在在电容电压在与Vscmex＞V＞Vscmin情况相符的条件下向微电网输出的功率，这样可以对非间歇式微电源输出瞬时有功波动频率和幅值进行控制，进而改善微电网孤网运行时的电能质量。