王卿玮; 蔡京陶; 邵志奇
【期刊名称】《《电气技术与经济》》
【年(卷),期】2019(000)004
【总页数】3页(P19-21)
【关键词】直流微电网; 光伏发电; 混合储能系统; 控制应用
【作 者】王卿玮; 蔡京陶; 邵志奇
【作者单位】[1]深圳供电局有限公司
【正文语种】中 文
【中图分类】TM615
0 引言
在环境污染和化石能源日益紧缺的大背景下，开发和利用新能源成为解决能源危机的重要方式。其中，以光伏发电作为新兴可再生资源的微电网具有清洁、方便大规模开发的使用特点，因而得到了相关人员的高度重视。在具体操作的时候，直流微电网往往不需要考虑频率稳定、大规模谐波抑制、无功调节等问题，和交流微电网相比能够更富有效率地接入和实现风光分布式发电单元、储能单元的优势互补运行，从而减少分布式发电对整个电网稳定运行的干扰。同时，为了达到节能环保的发展目标，分布式光伏发电和风力发电得到了人们的关注。为了能够更好地整合分布式发电的优势，提升资源利用率，确保电网稳定，储能系统在能源界得到了关注。为此，文章结合实际就直流微电网光伏发电储能系统的应用问题进行探究。
1 直流微电网概述
直流微电网在整体构成上是由多个直流组成的电网信息，在信息化时代，直流微电网是智能化配电系统发展的重要方向，在具体运行过程中能够达到节能减排的发展目标。从实际应用情况来看，直流微电网在运行的过程中能够和一系列分布式电源系统发生密切的关联，形成一种直流用电负荷。
在使用的时候光伏电池通过一系列的串联会形成一个新的模块，从而为系统运行提供直流电压，满足电网连接的实际应用需求。蓄电池在整个系统的使用中起到了十分重要的缓冲作用，在外界有较强功率的影响下，蓄电池能够控制系统放电情况。
2 直流微电网光伏发电储能系统的稳定性
直流微电网的稳定性具体体现在运行过程中直流微电网光伏发电系统以源头、载模型为基本描述载体，能够有效去掉其中的关联子系统，在去掉子系统复杂结构之外更为深入地了解微电网稳定因素，同时，在分析的过程中还需要将阻抗分析引入到整个直流微电网的稳定分析中。
2.1 直流微电网的“源”和“载”模型
在直流微电网光伏发电储能系统应用的过程中，能量管理系统在各个子系统的作用下承载整个负载状态能量信息，从而为直流微电网各个子系统发送相应的控制命令，为整个系统的稳定运行提供重要支持。在具体负载操作的时候包含整个直流微电网的负载信息、线路电能损耗等。从实际应用操作情况来看，直流微电网光伏发电储能系统的结构原理如图1所示。
图1 直流微电网光伏发电储能系统的结构原理
2.2 影响直流微电网光伏发电储能系统稳定运行的因素
第一，源和载功率的不匹配。接入直流微电网的各个“源”在稳定运行的时候所输出的功率不同，光伏系统作为操作研究基本对象，在具体操作的时候输出的最大功率深受光强和光伏电池温度影响。在具体操作的时候会直接影响整个直流电网运行稳定。第二，子系统的耦合作用。各个子系统在互相关联之后能够产生一种耦合的作用，子系统结构规模会呈现比较接近的发展状态，在这个过程中系统的耦合作用会被提升。第三，带直流功率变换器的载负阻抗特性。荷载在功率的影响下会和直流微电网发生关联，在闭合控制状态下，荷载和直流微电网之间的关联功率也会增加，在这个过程中能够有效降低整个直流微电网的运行不可靠性和稳定性。
3 直流微电网光伏发电混合储能系统的控制策略
直流微电网光伏发电混合储能系统蓄电池和超级电容充放电模式在运行的时候会根据直流母线电压载体的信息情况来对其进行控制，并通过比较母线的实际电压数值和电压参考数
值来来回切换buck／boost的状态。在直流微电网光伏发电混合储能系统运行的时候，受系统内外部损耗的影响，直流微电网光伏发电混合储能系统的母线电压一般会发生轻微的波动，使得蓄电池的充放电更换模式变得更加频繁，由此产生电力电子零部件的谐波，严重影响了整个系统的电能质量和电池消耗寿命。针对这个问题相关人员采用电压分层控制策略，在利用电容功率密度大、响应速度快、高循环寿命的特点来对吸收网内的波动功率进行控制，实现蓄电池和超级电容的协调控制。直流微电网光伏发电混合储能系统工作区域和直流母线电压的关系问题如图2所示。
图2 直流微电网光伏发电混合储能系统工作区域和直流母线电压的关系图
4 直流微电网光伏发电混合储能系统变换器和控制策略
4.1 直流微电网光伏发电混合储能系统双向Buck／Boost变换器建模
直流微电网光伏发电混合储能系统双向Buck-Boost变换器系统运行图如图3所示。从实际应用操作情况来看，直流微电网光伏发电混合储能系统双向BuckBoost变换器的滤波电感电流如果能够以一种连续的状态稳定运行，通过S1和S2开关的交替使用能够达到理想的目
标。从实际操作情况来看，直流微电网光伏发电混合储能系统双向BuckBoost变换器系统在具体运行操作的时候会呈现出三种模式状态，分别为Buck模式、Boost模式、蓄电池与电源无能量交换。
图3 直流微电网光伏发电混合储能系统双向BuckBoost变换器系统运行图
4.2 直流微电网光伏发电混合储能系统双向Buck／Boost变换器控制器
从实际应用情况来看，直流微电网光伏发电混合储能系统控制基本结构为Buck-Boost电路，在电池充电时工作为buck状态的时候，直流微电网光伏发电混合储能系统的放电工作状态也为boost状态。在这种情况下，为了减少后续变换器的偏差，需要相关人员合理把控侧电容电压，同时，为了确保整个系统的稳定还可以将控制设计为双闭环的基本控制方式。
4.3 双向DC、DC变换器控制器
直流微电网光伏发电混合储能系统双向DC、DC变换器控制器是连接微电网和储能系统的重要装置设备，在使用的时候承担整个微电网母线电压恒定的作用。在具体应用这类控制
器的时候需要结合实际测量情况来实现其充电模式和放电模式的随意转换，从而确保功率的双向流动。
直流微电网光伏发电混合储能系统直流母线的实际电压，在没有达到储能系统荷电状态的时候，储能系统会根据实际需要进行放电。促使Buck／Boost变换器在Boost模式下工作，并向直流母线输送不平衡的功率。
在直流微电网光伏发电混合储能系统直流母线电压达到最大运行临界电压，且满足整个负荷功率要求的时候需要相关人员采取有效的措施来转换储能系统的充电模式，将系统中多余的功率通过双向变换器渗透到储能模块中。
5 算法实例和仿真分析
应用指定的软件打造相应的直流微电网光伏发电混合储能系统仿真分析模型。结合光伏阵列的数学公式要求打造具体的直流微电网光伏发电混合储能系统仿真模型。光伏发电系统最大功率点电压和电流为6.5V，开路电压为45.5V，短路电流为5.6A。为了方便计算分析，观察直流微电网光伏发电混合储能系统直流母线电压波动时储能系统的协调运行情况，
将参数设定为电网直流母线额定电液的100V左右。直流微电网光伏发电混合储能系统直流母线的包括以下几种类型：①混合储能系统停机状态。光伏阵列单向boost变换器工作为MPPT模式，储能系统双向DC／DC变换器处于一种空闲的工作状态。②超级电容充电区域。在这个区域中，直流母线的电压在102V-107V之间。在对超级电容进行充电时候会吸收额外的功率。③超级电容放电区域。在这个区域中当直流母线电压在93V到98V的时候，超级电容就会开始放电。
在经过一系列的仿真分析发现，各个储能单元在使用的时候能够确保电网内部的系统功率始终处于一种平衡的状态。这种类型的仿真策略还能够模拟基于光伏微电网的混合储能系统。
6 结束语
综上所述，蓄电池和超级电容共同构成的混合储能系统在一定程度上能够提升整个微电网的运行效率和运行速度。在具体操作的时候根据直流母线电压这一载体，能够对整个系统开展必要的分层管控，减少因为蓄电池、超级电容变动对母线电压的干扰和一系列的谐波污染。在系统运行的时候还能够有效弥补传统分布式微源输出功率的波动性，确保整个系
统的稳定运行。基于光伏和储能系统的直流微电网在不需要操作系统支持的情况下就能够实现平稳运行，在一定程度上确保整个电力系统的稳定运行。
参考文献
【相关文献】
［1］ 寇冠英.基于光伏和储能系统的直流微电网建模及经济控制策略研究［D］.
［2］ 薛亚林，周建萍，崔屹.基于直流微电网的混合储能协调控制策略仿真研究［J］.电机与控制应用，2017（8）.
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