【学术】基于混合储能的光伏微网孤网运行的综合控制策略

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三峡大学电气与新能源学院的研究人员田慧雯、李咸善等，在2014年第19期《电力系统保护与控制》上撰文，孤网运行的光伏微网输出功率具有间歇性和随机性。为了保证系统供电的可靠性及稳定性，将能量密度大的蓄电池和功率密度高的超级电容器构成混合储能系统应用于光伏微网的思路成为研究热点。在现有蓄电池电流多滞环控制策略的基础上进行改进，提出基于功率的储能单元控制策略。该方法优化了储能系统的工作状态，有利于提高蓄电池的工作寿命。通过Matlab/Simulink仿真软件搭建了基于混合储能的光伏微网孤网运行仿真模型，并对该光伏微网的控制策略进行验证和分析。结果表明，混合储能系统能迅速平衡系统的瞬时功率，优化系统运行状态，保证供电的可靠性。

对于孤岛模式运行的光伏微网系统，其电能具有间歇性、波动性和随机性，一般在系统中配备有储能装置。储能装置多采用蓄电池和超级电容器。

超级电容的高密度特性可以实现瞬时的功率吸纳或放出，但是不能长时间为负荷提供电能；蓄电池能较长时间为负荷提供电能，但具有循环利用寿命低、功率密度低等缺点，当前混合储能系统已经成为研究热点[1-2]。该系统中铅酸电池能量密度较大，作为系统长期储能设备，而超级电容功率密度高，作为短期储能设备来调节系统的即时变化功率。

由于光伏电池可以直接产生直流电，蓄电池及超级电容等储能设备也适合于直流电输出，本文采用直流微网。目前日本的Sendai智能微电网中采用了直流系统[5]。直流电传输可以避免非同步问题引起的系统稳定性下降的问题；在稳态运行状态中，直流输电可以避免无功引起的电压下降。当直流微电网需要与现有的交流大电网并列运行时，直流微网只采用一个DC/AC变流器，因此总体成本和损耗相对交流微网低。

本文详细研究基于混合储能的光伏微网孤岛运行系统的结构，给出光伏电池、蓄电池与超级电容器这三个能量单元的电路模型，根据控制的目的分别设计出三个能量单元的控制电路及控制方式。

为了提高蓄电池的使用寿命，优化系统运行状态，设计出蓄电池与超级电容器相结合的储能系统，采用基于能量管理的蓄电池电流多滞环控制策略，并通过Matlab/Simulink仿真软件对系统进行仿真，得出直流母线的电压波形图及混合储能系统的充放电电流波形图，来分析系统中各能量单元控制方法及提高系统可靠性方面的有效性。

结论

针对光伏微网系统能量的间歇性和波动性，提出了采用蓄电池与超级电容器相结合的混合储能系统。由于混合储能系统综合了蓄电池及超级电容器的优点，使微网能迅速平衡瞬时功率，维持系统自身电压和频率恒定，保证孤网运行的稳定性。

在蓄电池控制策略上本文提出了功率跟踪多滞环电流控制，实时跟踪功率需求的变化，灵活调整蓄电池充放电电流，避免了蓄电池经常在充电与放电状态间切换，以及蓄电池大功率的充放电。该方法有利于提升蓄电池的使用寿命。仿真结果也表明本文提出的光伏微网孤网系统结构及其控制策略的有效性。

本文的不足之处在于蓄电池在充电过程中始终采用恒流模式，因此如何优化蓄电池充电过程，提高充电时间的问题有待进一步深入研究。