王愛嶺，鄧?yán)?/p>

（山東華宇工學(xué)院，山東 德州 253400）

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)化的不斷發(fā)展，住宅和工業(yè)用電的需求持續(xù)增長。現(xiàn)有的大型電網(wǎng)是用戶具有長距離傳輸和集中發(fā)電特性的主要供電方式。但是，建設(shè)大型電力系統(tǒng)是昂貴的，并且增加了控制電力系統(tǒng)的難度。電力系統(tǒng)的故障不可避免地導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。不可再生能源的逐漸枯竭正在挑戰(zhàn)傳統(tǒng)電網(wǎng)和發(fā)電系統(tǒng)中不可再生能源的狀況。由于太陽能發(fā)電的性質(zhì)，它具有清潔污染、無面積限制和簡(jiǎn)單的定期維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。與風(fēng)能和生物能等可再生能源相比，總體發(fā)展優(yōu)勢(shì)更明顯。為了有效抑制由太陽能和負(fù)載突然變化引起的功率波動(dòng)，并保持微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，將混合儲(chǔ)能裝置添加到太陽能微電網(wǎng)系統(tǒng)中，并配置了二階低通濾波器以在系統(tǒng)中分配功率波動(dòng)。電池和超級(jí)電容器分別吸收或發(fā)射功率波動(dòng)的低頻和高頻分量，并結(jié)合能量存儲(chǔ)元件的充電狀態(tài)以控制每個(gè)能量存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)。

1 光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

太陽能的輸出在不同程度上受各種因素（如光）的影響。為了解決由負(fù)載波動(dòng)引起的功率不平衡和低頻質(zhì)量問題，我們可以安裝適合整個(gè)太陽能系統(tǒng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)。如果系統(tǒng)由單個(gè)儲(chǔ)能元件組成，則當(dāng)將太陽能微電網(wǎng)系統(tǒng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)連接到電網(wǎng)時(shí)，很少會(huì)出現(xiàn)一系列問題。在構(gòu)建混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的過程中，為了獲得更好的效果，本章選擇了電池和超級(jí)電容器的數(shù)學(xué)模型，最后，實(shí)現(xiàn)了混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的構(gòu)建。例如，太陽能發(fā)電系統(tǒng)、混合能源存儲(chǔ)系統(tǒng)等。所有組件均起作用。根據(jù)電壓水平的實(shí)際要求，合理使用升壓轉(zhuǎn)換器可以順利連接直流母線和太陽能電池。

在混合儲(chǔ)能系統(tǒng)中，雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器用于控制儲(chǔ)能元件的充電和放電，因此，系統(tǒng)可以在各種狀態(tài)下平穩(wěn)運(yùn)行，并滿足系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求。

2 協(xié)調(diào)控制策略

在太陽能發(fā)電中，由于一系列不確定和不穩(wěn)定的功率輸出特性，當(dāng)連接到大型電網(wǎng)時(shí)，其性能將受到極大影響。因此，當(dāng)微電網(wǎng)連接到電網(wǎng)時(shí)，它必須同時(shí)滿足一定范圍的電壓差、頻率差、相位差和電流畸變系數(shù)。因此，為了確保微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定，有必要使用混合儲(chǔ)能系統(tǒng)來補(bǔ)償和吸收系統(tǒng)的不穩(wěn)定功率。在本文中，我們選擇電池和超級(jí)電容器作為混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的組件。為了協(xié)調(diào)充放電，太陽能微電網(wǎng)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在下面的分析中，討論了微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行中儲(chǔ)能組件的控制策略。

2.1 單一并網(wǎng)條件下的策略

混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制目標(biāo)是改善從微電網(wǎng)到大型電網(wǎng)的電能質(zhì)量，并穩(wěn)定可再生能源引起的電能波動(dòng)。充分利用所分析的儲(chǔ)能組件的屬性并合理分配它們。受抑制的功率提高了儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能，并延長了使用壽命。

考慮到上述問題，當(dāng)前的控制策略如下。

（1）濾波是提高可再生能源并網(wǎng)發(fā)電的輸出功率質(zhì)量的常用方法。低通濾波器由于其自身的特性而帶來可再生能源的功率波動(dòng)，從而獲得穩(wěn)定的輸出功率參考值，而缺失部分則由混合儲(chǔ)能系統(tǒng)補(bǔ)充或吸收。（2）針對(duì)混合動(dòng)力儲(chǔ)能系統(tǒng)配電問題的當(dāng)前主流方法是利用超級(jí)電容器的快速變化特性來穩(wěn)定高頻功率差，并利用電池來穩(wěn)定低頻功率差以延長整個(gè)混合動(dòng)力儲(chǔ)能系統(tǒng)的壽命。當(dāng)前，主要方法是規(guī)則方法和過濾方法。規(guī)則方法主要是將混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的總輸出功率設(shè)置在一定范圍內(nèi)。在一定的功率范圍內(nèi)，電容器輸出該功率?？紤]到超級(jí)電容器的小容量，該方法將超級(jí)電容器的充電和放電功率保持在較小水平。但是，這種設(shè)計(jì)方法會(huì)使電池在不同的輸出功率范圍內(nèi)跳躍，加劇了頻繁的充電和放電情況，并縮短了整個(gè)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命。濾波方法是通過低通或高通濾波器將新能源發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率分為高頻部分和低頻部分。在獲得超級(jí)電容器和蓄電池的輸出功率參考值之后，由于總線電壓是恒定的，因此，將功率參考值轉(zhuǎn)換為電流參考值，然后，使用雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器的電流閉環(huán)控制來獲得每個(gè)組件的理想輸出。該方法原理簡(jiǎn)單、效果好、適用范圍廣。

2.2 滿足并網(wǎng)功率的質(zhì)量和混合儲(chǔ)能能量分配的策略

根據(jù)上一節(jié)的分析，太陽能微電網(wǎng)中的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制策略主要基于分頻。分頻方法主要使用低通濾波器來識(shí)別控制信號(hào)。高頻信號(hào)被引入超級(jí)電容器控制回路中，而低頻信號(hào)被引入電池控制回路中，從而兩個(gè)能量存儲(chǔ)元件可以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。

（1）分銷管理。分配是系統(tǒng)中的功率平衡，用于穩(wěn)定DC總線電壓，實(shí)時(shí)感測(cè)負(fù)載和太陽能電池的輸出功率以及計(jì)算混合儲(chǔ)能設(shè)備的功率參考值。它根據(jù)電池和超級(jí)電容器的性能分配儲(chǔ)能設(shè)備吸收或消耗的功率，并根據(jù)儲(chǔ)能元件的SOC確定儲(chǔ)能設(shè)備的工作模式，以優(yōu)化系統(tǒng)的工作狀態(tài)并延長儲(chǔ)能設(shè)備的壽命。

（2）每個(gè)接口轉(zhuǎn)換器的控制策略。

①混合儲(chǔ)能雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器控制策略?；旌蟽?chǔ)能裝置根據(jù)配電命令輸出指定的功率或電流，并且通常以恒定電流充電或恒定電流放電模式運(yùn)行。如圖所示，DC總線電壓參考值為DC，將refu和實(shí)際DCU之差調(diào)整為pi，以獲得儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電/放電電流參考值。電池和超級(jí)電池通過二階低通濾波器_Refi和SC_Refi獲得將電容器的參考值bat與實(shí)際電流值進(jìn)行比較，并通過PI調(diào)整差值以獲得調(diào)制波D。

調(diào)制波通過10kHz三角載波比較器后，會(huì)產(chǎn)生PWM觸發(fā)脈沖。同時(shí)，它通過邏輯判斷來檢測(cè)儲(chǔ)能裝置的SOC并控制轉(zhuǎn)換器的開關(guān)管，以防止過度充電和過度放電。

②太陽能升壓轉(zhuǎn)換器的控制策略。為了充分利用太陽能，升壓轉(zhuǎn)換器通常以MPPT模式工作。當(dāng)系統(tǒng)以孤島模式運(yùn)行時(shí)，太陽能輸出功率大于負(fù)載功率。當(dāng)儲(chǔ)能裝置達(dá)到儲(chǔ)能上限時(shí)，逆變器切換為恒壓模式并結(jié)合SOC值，以降低功率并防止儲(chǔ)能裝置過度充電。

③DC/AC轉(zhuǎn)換器控制策略。直流側(cè)發(fā)電機(jī)組通過三相電壓源逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，連接到大型電網(wǎng)，并為交流電負(fù)載提供能量。在并網(wǎng)模式下，交流側(cè)的PCC點(diǎn)是關(guān)閉的，大電網(wǎng)保持了微電網(wǎng)的功率平衡以及電壓和頻率的穩(wěn)定性。此時(shí)，逆變器采用PQ控制方法，并可以根據(jù)系統(tǒng)能量管理命令輸出恒定功率。PQ控制方法基于DQ旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的雙環(huán)控制方法。外部環(huán)路是允許逆變器輸出跟蹤參考功率的功率控制環(huán)路，而內(nèi)部環(huán)路是可以生成正確參考電壓的電流控制環(huán)路。最后，SVPWM技術(shù)用于生成脈寬調(diào)制信號(hào)，以控制逆變器開關(guān)管。在孤島模式下，將交流側(cè)的PCC點(diǎn)分開，并將逆變器控制模式切換到V/F控制模式，以確保系統(tǒng)電壓和頻率的穩(wěn)定性以及有功和無功功率的平衡。V/F控制采用電壓和電流雙環(huán)控制模式。外環(huán)是一個(gè)電壓環(huán)，它控制參考電壓drefu和qrefu的幅度。內(nèi)部環(huán)路是控制電感器電流的電流環(huán)路。頻率由鎖相環(huán)控制，因此，系統(tǒng)頻率達(dá)到國家頻率標(biāo)準(zhǔn)50Hz。最后，SVPWM用于生成控制信號(hào)。

3 結(jié)語

研究并聯(lián)/分離模式和模式切換模式下混合儲(chǔ)能太陽能微電網(wǎng)系統(tǒng)的能量協(xié)調(diào)控制策略?；旌蟽?chǔ)能裝置可以更有效地分離功率波動(dòng)的低頻和高頻成分。通過獨(dú)立、集成的集成控制，實(shí)現(xiàn)了太陽能、儲(chǔ)能和負(fù)荷之間的能量平衡，并保持了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。