一種混合儲能在風光互補微網中的控制方法與流程

本發明涉及一種風光互補微網，尤其涉及一種混合儲能在風光互補微網中的控制方法。

背景技術：

隨著傳統能源的日益匱乏和環境污染的日趨嚴重，綠色新能源受到了越來越多的關注。而風能與太陽能，作為兩種使用較普遍的綠色新能源，具有能源充足，分布廣泛，環保清潔等特點。為了彌補兩種能源在季節與氣候方面的缺陷，利用風光互補系統，針對兩者天然的互補性和時空上的匹配性，將兩者相結合，提高了系統的穩定性與實用性，提高了對于新能源的利用性。微網作為風能、太陽能等分布式能源的高級結構形式，可以將分布式能源、負荷、儲能進行有效的結合。它能夠與大電網并網運行，又支持離網孤島運行，可以將分布式能源的價值充分挖掘，帶給社會足夠效益。

儲能系統作為風光互補微網必要的能量緩沖環節，不僅可以解決微網慣性小、抗干擾能力弱等弊端，還可以削弱風能、太陽能等分布式能源的間歇性對系統的影響，從而提高微網的穩定性與可調控性。就常用的儲能裝置來看，蓄電池能量密度大，功率密度小是典型的能量型儲能介質；超級電容器具有功率密度大、循環壽命長、能量密度小、響應速度快等特點，是典型的功率型儲能介質。可見，單一的儲能裝置無法同時滿足功率與能量兩方面的要求。

技術實現要素：

為了克服風電和光伏發電中互補控制存在的難題，本發明提出一種混合儲能在風光互補微網中的控制方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提出了一種應用于風光互補微網系統的超級電容器蓄電池混合儲能結構，并對于該儲能單元的控制問題進行研究，提出了基于功率外環加電流內環控制的VSC控制策略以及基于滑動平均濾波器的DC/DC控制策略。

混合儲能在風光互補微網中的控制方法包括儲能單元VSC控制、蓄電池儲能單元控制和超級電容器儲能單元控制三個部分。

所述儲能單元VSC控制采用功率外環加電流內環控制，提高了調節過程的效率與穩定性，同時實現無差控制。

所述蓄電池儲能單元控制使得蓄電池用于承擔發電系統與負載不匹配的低頻能量。

所述超級電容器儲能單元控制使得超級電容承擔發電系統與耗能系統之間的不匹配的高頻能量。

本發明的有益效果是：本發明結合了蓄電池及超級電容器兩種儲能技術的優勢的混合儲能單元于微網中的應用，可以很好地提高微網的可靠性，緩解了電量供需的不平衡情況，提高了電能質量與系統的穩定性和靈活性。同時由于超級電容器的加入分擔了波動頻繁部分的電量，減少了蓄電池充放電循環次數，延長了蓄電池的壽命，從而提高了系統的經濟性。

附圖說明

圖1為微電網系統圖。

圖2為儲能結構單元圖。

圖3為儲能單元綜合控制框圖。

圖4為VSC控制結構圖。

具體實施方式

圖1中，組成部分為：異步風力發電單元(主要由風輪機、傳動裝置、異步發電機和槳距控制系統組成)、光伏單元(主要由光伏陣列、BOOST 電路、LC 濾波器及其控制系統組成)、儲能單元(由超級電容器與蓄電池構成混合儲能系統)及負荷。同時，微網在公共連接點處通過靜態開關連接于配電網。

圖2中，中混合儲能系統采用的雙極式變流器結構，此雙極式變流器電路由前級DC/DC 變換器與后級DC/AC 變換器組成。其中DC/DC 變換器允許能量的雙向流動，通過PWM 進行控制，充電時工作于降壓模式，放電時工作于升壓模式；DC/AC 變換器為三相電源型雙向變流器VSC，并經過LCL 濾波器連接負載。L_f為濾波電感，C_f為濾波電容，R_f為濾波電阻，U_dc為直流母線電壓，U_sc為超級電容器電壓，U_bat為蓄電池電壓，u_a、u_b、u_c為濾波電容三相電壓，i_a、i_b、i_c為濾波電感三相電流。

圖3中，使用瞬時功率計算模塊通過測得的濾波電容三相電壓u_a、u_b、u_c與濾波電感三相電流i_a、i_b、i_c計算出儲能單元的瞬時功率，并且通過低通濾波器LPF計算出有功功率P_m、Q_m。由微網EMS(Energy Management System，即電能管理系統)對各單元進行運行控制與調度，發出指令功率P_ref、Q_ref，與輸入到功率外環控制器的P_m、Q_m進行比較。圖4中，由PI控制器得到dq坐標系下的參考電流與測量得到的電流值i_d、i_q進行比較，并且通過對應的PI控制器實現無靜差控制。從電流內環輸出的信號通過dq-αβ變換后，再通過SPWM得到逆變器的控制信號S_a、S_b、S_c。

為了避免高深度發電給蓄電池帶來的損傷，延長蓄電池的壽命，在混合儲能系統中，蓄電池主要用于承擔發電系統與負載不匹配的低頻能量，蓄電池通過DC/DC變換器與直流母線相連。通過計算參考功率與實際測量電壓所得計算電流，即電感電流參考值。該電流可以通過滑模變結構控制器對變換器的開關信號進行控制，從而達到控制變化器的目的。

為了彌補單一蓄電池儲能的不足，延長蓄電池壽命，提高系統的穩定性，充分利用超級電容器在混合儲能系統中發揮的作用，根據其自身特性，使其承擔發電系統與耗能系統之間的不匹配的高頻能量。超級電容器與蓄電池一樣通過DC/DC變換器與直流母線相連，通過參考功率與實際電壓得到計算電流，即電流參考值，并且將其與實際電流的差值經PID控制器后，與特定值的重復序列進行比較運算，從而得到開關量，對開關管進行驅動，達到控制變換器通斷的目的。