基于混合储能微电网控制策略研究

柯海山

南京国电南自电网自动化股份有限公司 江苏 南京 211100

1 微电网系统基本原理

1.1 微电网工作方式

当微电网离网工作时，微电网中的主电源支撑整个系统运行，使用VF控制模式维持微电网的电压和频率。当根据负载需求激活和停用可控微源时，会出现功率波动。而超级电容器具备快速释放/吸收功率的能力，因此，在切换可控微型电源时，超级电容器用于平抑功率波动。电池通过充电和放电进行维护系统整体性能稳定。此时，能量存储装置采用下垂控制方法[1]。

2 混合储能系统控制策略

超级电容器具备短期快速释放大功率特性，电池容量大，对微电网提供中长期电力保障，两者功能不交叉，在响应速度上实现互补，所以混合储能系统的稳定性强。混合储能设备集成到混合储能系统中，微电网接入电网，以这种方式接入电网能够较少对电网的扰动。

2.1 储能装置逆变器控制方式

解决非线性控制问题的有力控制方法之一滑模变结构控制，主要是用于处理建模误差，然而由于诸如开关和系统故障之类的非理想因素影响，可变结构控制系统易产生高频噪声。本文提出把模糊控制与滑模控制的优缺点及其相关性结合起来，将模糊滑模控制策略应用于混合动力储能装置。

滑模控制的优点有两点，第一，它可以减小参数不确定性所带来的影响，第二，它可以缓解外部所带来的干扰。在以往经验的影响下，设计了滑模模糊控制器，该控制方法对于减少滑模控制的振动问题具有很大的作用。

2.2 储能装置DC／DC变流器控制方式

图1 混合储能装置控制框图

图1是混合储能设备的控制框图，超级电容器和蓄电池，分别使用DC／DC变流器进行控制，使其相互切换控制模式及放电更加的灵活。在放电时，储能装置控制高压侧，储能容量大有足够裕度，直流电母线的稳定性就会得到提升。在评价一个储能装置的储能能力时，主要依据是能否确保并网，离网运行正常；在切换控制模式时微电网的电压负载是否正常；是否能正常供电。

由于占空比d由开关管的导通/截止时间决定，因此可以控制开关管的导通/截止时间，实现双向能量传递控制。外部环路电流参数由PH总线功率的差异通过低通滤波器获得，用于功率分配和PI计算。

3 微电网并离网

微电网运行过程中主要经历并网，离网，负荷投切这几个过程，保证切换过程平稳是微电网的重要指标。本文中的具体控制策略如下：

（1）微电网在并网中运行时，非可控制微源采用PQ模式控制，当可控微源断开时，蓄电池和超级电容器可以同时对微电网进行充电或者放电。合理分配系统的功率盈余或缺额，根据分配结果对混合储能装置变流器进行协调控制，确保并网功率接近目标值。

（2）在微电网由并网向离网状态切换的过程中，超级电容器进行放电，可以迅速缓解微电网功率缺失的情况。通过调节DC／DC变流器来保证直流电母线电压稳定，将并网点PCC点断开，电网的电压和频率值作为混合储能装置VF控制的参考电压和参考频率，减小混合储能装置的投入对微电网产生的冲击影响。

（3）微电网在离网运行时，可控制微源采用VF模式控制，这时非可控微源会断开。微电网与电网之间的电压偏差和相角偏差决定微电网从离网切换到并网所产生的电流，因此微电网在并网中运行时须通过同步控制将电压和相角调到与电网基本一致，减小并网合闸时产生的冲击，本文采用直接调整主电源VF控制的参考电压和参考频率的方式进行预同步控制。

4 结束语

混合储能系统与单个储能装置相比具有明显的优势，混合储能系统是将超级电容器和电池组合起来，运行时会缓解功率波动或冲击对储能装置的伤害，延长储能装置的使用寿命，同时成本也不是很高。在微电网中设计了一个模糊滑模控制器，该控制器主要是控制混合储能装置的逆变器，通过具体的事例证实了该控制器的有效性和合理性。该控制算法可以平滑微电网并网、离网、负荷投切时的波动功率，保证在切换过程中产生的冲击限制在一个合理的范围内，提高系统稳定性，验证了控制策略的可行性。