光伏微电网中电储能系统控制策略研究

高 飚

（新疆粤水电能源有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引 言

电能是清洁能源的一种，在我国人民生活和生产中具有不可替代的作用。从前，我国电力方面的能量主是以河流、煤炭为动力源进行水力和火力发电。然而，煤炭资源日益减少，水资源无法有效控制，人们在电力方面的需求日益增长，所以光能发电成为相关研究者的主要研究方向[1]。生物质能、太阳能光伏以及风力发电是我国现阶段3种较为清洁的发电方式。近年来，光伏发电发展极其迅速，得到了极其广泛的应用。光伏发电是一种新能源发电技术，以中小规模为主进行建设，构成一个微网系统接入我国电网系统。

1 光伏微电网中发电系统分析

1.1 光伏微电网中发电系统

现阶段，借助并网控制逆变器连接当地电网，是光伏电源的主流应用方式。这一供电方式可以借助电网再分配系统发的电能，而分析发电系统可以更好地控制储能系统。因此，立足于光伏发电系统的构成和使用目的不同，可以分为以下几类（如图1所示）。

1.1.1 有逆流型光伏并网发电系统

电能充足的情况下，这一系统可以在大电网进行反馈。有逆流是指光伏电站向电网反馈的电流方向恰好相反于大电网[2]。在光伏电站供给不足时，由电网补充负载所需电量，使负载能够正常运行。

1.1.2 无逆流光伏并网发电系统

和有逆流型光伏并网发电系统类似，当电流供应不足的时候，主要依靠电网的补充，但这一系统不会把电输给电网，控制难度不大。

1.1.3 切换型光伏并网发电系统

这种并网发电系统可以灵活运行，可以有效应对较为复杂的外部状况。比如：天气晴朗时，系统运行处于逆流状态；阴雨连绵时，切换器自动切换到电网供电一侧，由电网供电给负载。如果电网因为某种原因导致供电发生中止，开关切换能断开系统和电网保持运行独立。受这一系统各种特性的影响，为了在独立运行过程中满足当地实际情况对负荷正常运行的要求，需要复杂性更强的控制系统。

图1 并网系统

1.1.4 有储能装置的并网光伏发电系统

这种系统是把储能装置配备在以上几种光伏并网发电系统中，增强系统的自主性，在医疗站和紧急通信等场所具有特别的应用优势[3]。

1.2 光伏发电并网对电网继电保护的影响

通常，单电源的放射状链式结构在传统电网中最为常见，在电网中引入光伏发电后，放射式的无源网络就发生了变化，即变成了一个有源网络，其中分布有中小型电源。潮流的流向也被改变，即不再单向地从变电站母线向各负荷传输。电网的各种保护定值和机理也深受电网这一变化的影响。传统的继电保护设计均是假设电力系统的结构都为放射状链式，而随着电力系统中大量介入光伏发电设备，所以也在很大程度上改变了这一区域供电系统的结构，使局部电网短路电流的分布发生了变化，由此也在一定程度上让这一区域的电力系统继电保护和安全自动装置的配置与动作整定变得更加困难，从而让继电保护和安全自动装置在动作上的不正确。现阶段，电力系统中光伏发电已有着非常广泛的应用，进而也开始深入探讨其对电网保护配合的影响。

1.3 光伏发电并网对自动重合闸的影响

自动重合闸属于自动装置的一种，其是把由于故障跳开后的断路器根据需要自动投入。自动重合闸装置应用于电力系统中，让供电的可靠性得到了明显提高，使停电损失大大减少，同时也让电力系统的暂态稳定水平进一步提高，使线路的送电容量增强。当配电网接入光伏系统后，如果保护由于故障动作而出现跳闸的情况，而光伏系统没有从线路解列，由此便形成了一个电力孤岛，其电力由光伏系统提供。虽然这些电力孤岛可让功率与电压的运行保持在额定值附近，但无疑也威胁到了自动重合闸。

2 光伏微电网中电储能系统控制

2.1 控制系统设计

结合微电网并网后电储能系统变化，设计光伏微电网中电储能系统的控制系统，如图2所示。该系统中不仅包含电网、发电系统、负载系统以及储能变换器等电路控制系统，还包含储能控制系统。其中，储能系统由DSP控制器和继电保护电路等组成。控制器采取计算运行性能较好的TMS320F28335控制芯片，双极式变流结构电路做储能功能变换系统，双芯片DSP控制四桥臂变流器和DC/DC变换器。此外，预充电模块防止电流增加损坏开关管。

2.2 具体控制策略

2.2.1 储能功率变换器控制

微电网中电储能系统放电状态与电网系统内部各组成部件的运行特性息息相关，必须定期检测光伏单元发电情况和负载需求，明确储能系统充放电运行策略。采用“双极式四桥臂储能功率变换器”控制电网、光伏系统以及电流负载等，验证储能系统中电池充放电控制策略的有效性。

2.2.2 储能功率变换系统控制

设计中的储能功率变换系统在三相电网调整电压和电流后持续为蓄电池充电，电压的等级相对较高。根据光伏微电网发电系统分析，储能系统配置的储能单元功率要求非常高，实际中可以扩充电池组，其中DC/DC变换器参数可参考文献[4]。

2.2.3 DSP核心控制电路

图2 光伏微电网中电储能系统的控制系统设计

DSP核心控制电路主要对系统采样数据进行运算处理，设定系统控制阐述，发出相应的控制指令，从而实现控制目标。DSP核心控制电路芯片对运算速度、外设接口以及功能要求非常高，必须满足变流器环节和DC/DC环节的控制要求。

3 控制结果

系统对各控制系统进行仿真验证，借助Matlab系统搭建系统仿真模型电路。验证结果显示：指令电流、电压以及锁相环等相关因素都满足基本控制要求，发电系统对该系统的影响相对较小。储能功率变换系统可以有效控制电池充放电，还可以补偿三相负载所造成的不平衡和谐波等问题，系统整体运行效果良好。这进一步验证了储能运行实施方案的可行性，不仅可以改善电网运行电能质量，而且进一步降低了应用成本，对促进微电网储能系统和电网整体安全有一定的积极意义。

4 结 论

现阶段，智能电网和能源互联网的发展越来越快，电网中正不断接入光伏发电等再生能源和清洁能源。电网由单电源放射状网络向多电源供电网络转变，必须重视由短路电流、电压水平以及潮流分布等因素造成的影响。传统储能系统动作性能和动作行为受到影响很大，必须探讨光伏微电网中电储能系统控制策略，才能满足智能电力系统转型升级需求。