光伏直流微电网超级电容储能控制策略分析

蒋军胜

摘 要 光伏直流微电网的工作模式主要包括离网模式和并网模式，在离网模式当中，改变负荷和电源功率之后，母线电压会产生较大的波动。在并网模式当中会产生低次谐波，导致并网电流发生脉动，降低了电能质量。本文提出了光伏直流微电网超级电容储能控制策略，保障电能质量。

关键词 光伏直流微电网;超级电容;储能控制策略

微电网有机整合了负荷和储能装置以及变流器等装置，这是一种小型的发配电系统。连接微电网和配电网，控制微电网运行过程，落实能量管理工作，可以保障并网和离网运行的稳定性。但在微电网存在波动性，影响到供电质量。本文提出了光伏直流微电网超级电容储能控制策略，可稳定的供电。

1光伏直流微电网超级电容储能概述

为了利用分布式电源，实现供电工作的可靠性，保障电能质量。可通过建立微电网模型，控制储能系统和分布式电源，仿真分析并网运行状态和离网运行状态，总结分析得出相应运行结果。

在运行阶段如果发生了随机性问题，没有提出针对性的解决方案，电能质量将会受到影响。对微电网孤岛模式构建模型，通过分段控制电压，稳定母线电压。但在系统高功率情况下如发生突变问题，将会大幅度改变母线电压，影响到系统稳定性。在直流微电网光伏功率中，提出功率自主平衡措施，根据实际情况切换工作模式，可避免功率大幅度的波动以及发生低次谐波影响并网运行系统的稳定性[1]。

光伏直流微电网在极短时间内会改变系统功率，可利用超级电容作为储能装置，超级电容的充放电工作比较快，同时具有较大的功率密度，在离网运行状态中，可在双闭环控制阶段，控制微分控制电压功率，动态响应微电网电能供给工作的变动情况。在并网模式中，提出电流补偿控制策略，检测输出电流的脉动，抑制低次谐波，使微电网系统并网运行的稳定性得到提高。

2光伏直流微电网超级电容储能控制策略

2.1 离网运行超级电容控制方案

直流侧功率和电压之间具有非线性关系，在暂态情况当中，利用传统的闭环控制方式，不仅无法快速調节母线电压，还会提高直流母线电压的波动幅度。通过超级电容调节直流母线的低压波动，利用直流母线功率微分控制方式，实时反馈直流母线功率，利用超级电容动态响应直流母线的电压[2]。

2.2 并网运行超级电容控制措施

在并网运行状态当中，如果光伏电池板组件和负荷功率发生改变，将会改变电网电流参考值。如果微电网中分布式电源具有稳定性，可以保障系统工作的稳定性。如果微电网出现非线性负载问题，发生低次谐波之后，电网电流发生脉冲，电能质量会受到影响。而超级电容充放电工作比较快，可快速动态的响应电流控制环，因此可利用超级电容电流控制环，补偿并网状态中的脉动。为此实施中需设计分析超级电容电流控制器，完善超级电容并网控制环策略。

3实验分析

通过搭建直流微电网的控制系统该实验模型分析，在初始阶段超级电容进行充电，可以吸收剩余功率，根据下图可知，超级电容在在2s之后会突增负载功率，超级电容也因此转变为放电模式，提供额外功率的负载。在3s阶段会突降负载功率，超级电容转变为充电模式，在这一阶段吸收额外的功率。在4.5s阶段，开始降低光照强度，如果光伏输入功率在负载消耗功率以上，可以继续为超级电容充电，高效吸收多余的功率。

系统输入输出功率波形利用传统控制方案，母线电压波动在10%以上，需要0.5s的时间恢复额定电压值，利用超级电容控制方案，可以控制直流母线电压波动在5%以内，只需利用0.2s时间恢复额定电压值，可保障微电网系统的稳定性。因此利用超级电容储能控制方式，可以达到良好的暂态响应，可快速调节直流母线电压，获取平滑的电压波形，减少波动范围[3]。

在4s时间段突然输入功率，利用传统并网控制方式，如果输入功率发生突发，将会振荡三相电流，需要较长的时间恢复稳定工作状态。利用超级电容补偿控制方式，需0.3s便可恢复并网三相电流的稳定性，同时可以更加平滑的切换两种工作状态，不会发生波形畸变问题。

利用传统控制方案，稳态电流中会较多的高频脉动成分，在4s之后发生功率变动过程，导致电流波形发生畸变问题。利用超级电容补偿控制方式，可以有效抑制输出电流的脉动，获取正弦波，在暂态中，如果获取率电流正弦波，并且电流没有发生畸变，可以平滑地过渡两种工作状态。

4结束语

本文提出了光伏直流微电网超级电容储能控制策略，利用超级电容可以快速调节光伏直流微电网，提升整体供电质量。利用超级电容储能控制方案，在离网状态当中，将功率微分控制方案加入到传统电压电流双闭环控制工作中，利用超级电容动态响应直流母线的电压。在并网运行状态当中，利用并网电流脉冲补偿控制措施，有效控制并网电流的脉动问题，高质量的传输电能。在离网状态当中，利用超级电容储能控制方案，可以降低直流母线的电压波动，提高调解工作的速度。在并网运行状态当中，补偿系统分量可以有效控制并网脉动情况，平滑的过渡工作状态，有效控制低次谐波问题，使并网电能质量因此提高。

参考文献

[1] 陶海波，杨晓峰，李泽杰，等.电能路由器中基于MMC的超级电容储能系统及其改进SOC均衡控制策略[J].电网技术，2019，43（11）：3970-3978.

[2] 张超，陈永强，鲍晓婷，等.基于超级电容储能系统的不对称故障下PMSG控制策略研究[J/OL].电源学报，2020-08-17.

[3] 孙谊媊，南东亮，张公生.含超级电容储能的直驱永磁风电机组高电压穿越控制策略[J].电气传动，2018，48（10）：48-52，84.