中國儲能網(wǎng)訊：哈爾濱工業(yè)大學電氣工程及其自動化學院、中國石油裝備制造分公司的研究人員王煒信、段建東等，在2015年第23期《電工技術(shù)學報》上撰文，基于下垂控制策略的蓄電池儲能量管理方案被廣泛應(yīng)用于孤島電網(wǎng)，但在放電過程中并聯(lián)蓄電池儲能設(shè)備相互間將出現(xiàn)電荷狀態(tài)(State of Charge，SOC)差異，使某些儲能設(shè)備提前退出運行，顯著削弱了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
針對上述問題，提出了一種適用于多儲能設(shè)備的SOC一致性控制策略并進行優(yōu)化。將SOC作為下垂控制器輸入量，根據(jù)SOC實時調(diào)節(jié)儲能設(shè)備的輸出功率，使并聯(lián)儲能設(shè)備的SOC在放電過程中逐漸趨于一致;進而在孤島電網(wǎng)頻率偏移約束以及逆變器最大輸出有功功率限制下對加速因子進行在線優(yōu)化，顯著減小了并聯(lián)蓄電池儲能設(shè)備間SOC最終差值，達到更佳的均衡效果。仿真與實驗結(jié)果驗證了SOC一致性優(yōu)化控制策略理論分析的正確性和實現(xiàn)方案的有效性。
隨著可再生能源構(gòu)建的孤島電網(wǎng)逐漸增多，針對其核心技術(shù)的研究不斷深入。在孤島電網(wǎng)運行中，由于可再生能源的輸出功率具有間歇性與隨機性特征，其安全性與可靠性較弱[1-6]。
因此，孤島電網(wǎng)除發(fā)電系統(tǒng)外還需配置一定容量的儲能環(huán)節(jié)，以協(xié)調(diào)發(fā)電與用電之間的功率平衡，維持電網(wǎng)穩(wěn)定運行。蓄電池因其可靠性高，成本低，技術(shù)成熟，能量密度大的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于儲能環(huán)節(jié)[7-10]，成為孤島電網(wǎng)儲能系統(tǒng)的首選。
國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者在蓄電池儲能設(shè)備(Battery Energy Storage Device, BESD)的容量規(guī)劃[5]、配置方式[6-8]、控制策略[9,10]等方面進行了大量研究工作并取得了一些成果。
上述研究成果主要針對儲能環(huán)節(jié)總體能量規(guī)劃與全系統(tǒng)控制，對于儲能環(huán)節(jié)內(nèi)分布式并聯(lián)儲能設(shè)備的功率負荷平衡分配與協(xié)調(diào)控制目前研究較少。為提升孤島電網(wǎng)儲能環(huán)節(jié)有效容量與補償能力，將可靠性高、易于擴容、系統(tǒng)控制簡單的無連線下垂控制策略引入到孤島電網(wǎng)并聯(lián)儲能設(shè)備的協(xié)調(diào)控制中[11-16]。
在理想放電過程中，下垂控制應(yīng)可使各并聯(lián)BESD中SOC時刻處于均衡狀態(tài)。但下垂控制器中功率環(huán)只對有功功率低頻分量加以調(diào)節(jié)，無法精確控制各儲能設(shè)備輸出的瞬時功率。同時，不同BESD內(nèi)蓄電池特性、硬件參數(shù)、控制器精度等不一致，也造成在放電過程中并聯(lián)儲能設(shè)備間出現(xiàn)SOC差異。
由于傳統(tǒng)下垂控制策略并未對SOC均衡問題采取措施，導致其中部分儲能設(shè)備因其SOC過低而先退出工作，電網(wǎng)負荷功率在剩余BESD間重新平衡，引起孤島電網(wǎng)頻率波動。
同時，若剩余的BESD受接口逆變器容量限制，無法足量的滿足負荷功率平衡需求，孤島電網(wǎng)只能甩掉部分負荷，以維持基本運行。因此，如能在下垂控制中引入具有改善多儲能設(shè)備SOC一致性功能的控制環(huán)節(jié)，可以充分利用所配置的BESD容量，擴展功率平衡的時間和提升功率平衡的能力，對保證孤島電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行具有重要意義。
為了實現(xiàn)各儲能設(shè)備間協(xié)調(diào)控制，文獻[15、16]通過儲能環(huán)節(jié)多層通信進行下垂控制，實現(xiàn)并聯(lián)儲能設(shè)備間SOC均衡控制，使儲能設(shè)備在放電過程中SOC趨于一致，但這些通信組件必然降低設(shè)備整體可靠性。
文獻[17]采用無通信環(huán)節(jié)的下垂控制策略，實現(xiàn)并聯(lián)蓄電池儲能設(shè)備間SOC均衡控制。但該方案控制參數(shù)需在固定的負荷功率與蓄電池初始SOC誤差下求取，因此在運行狀態(tài)具有顯著隨機性與不確定性的孤島電網(wǎng)中的適用性有所欠缺。
本文針對孤島電網(wǎng)中采用傳統(tǒng)下垂控制的并聯(lián)BESD放電過程中SOC不均問題，提出一種多儲能設(shè)備SOC一致性控制策略并進行優(yōu)化。首先，將BESD中SOC作為下垂控制器輸入之一，協(xié)調(diào)控制并聯(lián)BESD間SOC，在放電過程中實現(xiàn)動態(tài)均衡;在此基礎(chǔ)上，提出一種納入系統(tǒng)運行參數(shù)的加速因子在線優(yōu)化方法，實時調(diào)節(jié)有功下垂因子指數(shù)項，在約束條件下提升了下垂控制器均衡并聯(lián)BESD間SOC的能力;最后通過仿真與實驗對控制策略進行了驗證。
圖2 多儲能系統(tǒng)SOC一致性優(yōu)化控制策略框圖
結(jié)論
為了進一步提升并聯(lián)BESD的補償能力，本文提出一種基于蓄電池能量存儲設(shè)備中SOC構(gòu)建的多儲能設(shè)備SOC一致性優(yōu)化控制策略，使并聯(lián)BESD在滿足孤島電網(wǎng)負荷需求的前提下，實現(xiàn)并聯(lián)BESD間SOC動態(tài)均衡;在結(jié)合下垂控制器約束及逆變器運行參數(shù)分析的基礎(chǔ)上，提出一種實時在線優(yōu)化加速因子n的控制方案，進一步改善本文所提下垂控制器在約束條件下SOC均衡效果。
仿真與實驗結(jié)果驗證了本文所提控制算法能夠有效降低并聯(lián)BESD間SOC差異，顯著提升剩余能量均衡度。(本文有縮減)
原標題:孤島電網(wǎng)中多儲能設(shè)備SOC一致性優(yōu)化策略
