光储微电网孤岛系统储能控制措施探讨

徐文

摘要:微电网拥有灵活控制分布电源的特性,为开发我国可再生资源又提供了一种途径｡微电网的应用能够有效推动节能减排,促进智能化绿色电力的发展｡电力工作者为了加快微电网的工程进度,在分析建模､运行优化､控制策略､储能技术及装置､保护技术等方面做了广泛的研究｡文中从实际出发,探讨了微电网孤岛系统的储能控制措施｡

关键词:光储微电网;孤岛系统;储能控制

引言:由蓄电池和超级电容组成的混合储能系统具有自适应能量管理,在微电网孤岛运行状态下,功率发生波动时混合储能系统可以快速响应,在微电网运行中不仅能够达到负荷的功率需求,还能满足电能质量的要求｡当微电网中能量和功率发生频繁､快速的变化时,会使光储微电网孤岛系统内的功率缺额不断地发生正负变化,这时由蓄电池和超级电容组成的混合储能系统可以直接通过超级电容对功率缺额进行实时补偿,然后再通过混合系统给超级电容和蓄电池进行功率缺额的自主分配､合理分配｡这种方法适用于负荷分布分散､微电网内分布式电源多样的场合,而且可以有效减少蓄电池的充电放电次数,大大廷长了蓄电池的使用寿命,而且不需要依赖于通信系统,在很大程度上提高了系统的安全性和经济性｡

一､光储微电网孤岛系统

(一)微电网系统的拓扑结构

光伏电源具有间歇性和随机性的特点,输出功率容易被天气变化所影响,特别是在多云天气,发电功率会产生陕速的､剧烈的变化,因此需要配备相应的储能单元使用｡蓄电池是目前较为常用的储能单元,但是使用次数有限､单体造价高,而且单一的储能单元难以满足微电网的能量和功率要求｡

超级电容和蓄电池通过各自的DC变换器和直流母线进行连接,而光伏发电系统则通过DC/AC变换器和交流母线相连,和负荷相连,从而形成微电网系统｡在微电网孤岛运行过程中,如果缺乏大电网的供电,就可能有负荷无法得到满足,这时就需要切除负荷｡微电网的负荷可以划分成次要负荷(可中断负荷)､重要负荷,以便保持微电网的可靠性和灵活性｡

(二)混合储能系统特点

超级电容是功率型的储能装置,输出功率变化速率快､变化范围大,充电放电的循环次数多,而蓄电池是能量型的储能装置,输出功率变化速率慢变化范围小,充电放电的循环次数少｡

(三)光储微电网孤岛系统的自适应控制

1.微电网内储单元功率变换器的控制方式

光伏发电元的并网逆变器模型主要分为单级式和双极式,两种模型都是通过逆变控制来控制和输出光伏阵列的功率;而混合储能系统中双级式变流器的DC/DC模块可以使能量进行双向流动｡

当微电网孤岛运行时,为了保证微电网系统中电压质量能满足负荷要求,和实现微电网系统中功率的动态平衡,在各分布式电源的控制和配合上要实现两个目标:一是控制储能系统的输出功率和分布式电源,二是控制微电网系统的电压｡

由于蓄电池的能量储备和超级电容的快速响应,微电网在孤岛运行过程中,不一样的储能设备要具备不一样的控制策略,并对相应系统中的净负荷功率缺额进行补偿｡双级式变流器蓄电池和超级电容等储能装置进行孤岛运行时,蓄电池DC/DC变换器可以通过功率控制来实现对系统功率输出的控制,而超级电容的DC/DC变换器则直接控制直流母线电压超级电容和蓄电池利用自身的DC/DC功率变换单元可以和直流母线并联,然后通过DC/AC功率变换单元和交流母线相连接｡

依据功率参考指令可以得到蓄电池的电流参考值,蓄电池DC/DC模块在电流参考值为正时,工作状态属于Boost放电状态;蓄电池DC/DC模块在电流参考值为负时,工作状态属于Buck充电模式根据直流侧母线电压指令可以得到超级电容的电流参考值,理想电流参考值等于0时,超级电容DC/DC支路的控制环是无差调节,也就是说当直流侧母线电压稳定时,超级电容器既不吸收功率也不输出功率｡

(四)混合储能的自适应控制策略

微电网孤岛运行中,如果缺少大电网的频率和电压支撑,就需要微电网保持内部电能的供求平衡和电压､频率的质量保证｡微电网的常规控制方式是主从控制和对等控制主从控制要对负荷的实时状态进行采集,并通过微电网孤岛系统的净负荷计算,采用PQ控制的储能系统｡这种控制方式中数据的采集､计算､传输都会有一定延时,同时十分依赖通信设备｡

因为光伏､风电这些可再生能源发电系统具有随机性和间歇性等缺点,一旦在微电网孤岛系统中大力渗透时,必然会影响微电网的稳定运行,因此微电网孤岛系统要实现内部能量的平衡就必须配备输出功率更稳定的储能系统｡蓄电池和新型超级电容混合储能系统具有较强的自适应功率控制,可以加强混合储能系统的响应能力,实现功率平衡｡这种控制策略能够延长蓄电池的使用寿命,而且无需数据采集和通信,增强了微电网孤岛系统的稳定性和可靠性｡

二､结束语

微电网既可以独立运行,又可以和常规电网并存运行,由于可再生资源发电机的容量不断变大,微电网孤岛系统的运行越来越受重视｡单一的储能装置虽然在一定程度上可以抑制功率波动,但是很难同时满足能量和功率两方面的要求,而超级电容和蓄电池组合的混合储能系统不仅能稳定控制微电网､还能改善电能质量,实现不问断供电｡

参考文献:

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