中國儲能網(wǎng)訊：在傳統(tǒng)的基于母線電壓值的多滯環(huán)控制策略下，母線電壓必須達到對應(yīng)的閾值才能觸發(fā)較高的電流參考值，因此在某些條件下會出現(xiàn)母線電壓持續(xù)偏離額定值較多的情況。
為解決這一問題，提出了一種改進的多滯環(huán)控制策略，在傳統(tǒng)控制策略的基礎(chǔ)上，定義了電壓等級信號，并對其進行積分，從而可根據(jù)積分值的大小來輔助切換蓄電池電流參考值，使蓄電池能夠在母線電壓未達到對應(yīng)閾值的情況下也能根據(jù)需要進行大電流充放電，從而使母線電壓更接近額定值。
為避免反向積分值延長母線電壓正向偏離時參考電流值的自動切換時間，使用兩個積分器分別控制正、負向參考電流值的切換。仿真結(jié)果驗證了所提出的控制策略在維持母線電壓、提升供電質(zhì)量方面的優(yōu)越性。
在某些偏遠地區(qū)、深山以及海島，當(dāng)?shù)赜脩粲秒娏坎淮?，采用常?guī)的大電網(wǎng)供電，需要很長的線路，經(jīng)濟性很差，而這些地區(qū)往往是風(fēng)能和太陽能蘊藏豐富的地區(qū)，推廣獨立運行的風(fēng)光儲微網(wǎng)是經(jīng)濟可行的[1-7]。而相對于交流微網(wǎng)，直流微網(wǎng)供電效率更高，控制更方便，穩(wěn)定性也更高[8-10]。
由于脫離大電網(wǎng)獨立運行，儲能系統(tǒng)就承擔(dān)起了維持母線電壓的任務(wù)。為同時滿足對功率密度和能量密度的要求，將功率型儲能設(shè)備和能量型儲能設(shè)備結(jié)合起來，形成混合儲能系統(tǒng)，成為當(dāng)今儲能技術(shù)的必然要求[11]。而針對不同場合的不同要求，混合儲能系統(tǒng)的不同拓撲結(jié)構(gòu)各有其優(yōu)勢。
文獻[12]介紹了混合儲能系統(tǒng)的5種拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，其中超級電容器和蓄電池分別通過DC-DC變換器接直流母線和蓄電池接DC-DC、超級電容器直接連直流母線的兩種拓撲結(jié)構(gòu)對于小型微網(wǎng)，尤其直流微網(wǎng)較為實用：前者能夠分別控制兩種儲能設(shè)備，蓄電池和超級電容都可以深度放電因此其儲能量可以充分利用，可以優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)的額定容量，缺點是成本高，損耗高；后者控制方式較為簡單，成本較低，超級電容直接根據(jù)直流母線電壓的變化出力，反應(yīng)速度較快，缺點是超級電容需要很多單元串聯(lián)以獲得高的母線電壓。
不同的拓撲結(jié)構(gòu)各有其適用的控制策略，而控制策略的具體形式?jīng)Q定著儲能系統(tǒng)維持獨立微網(wǎng)電壓的能力[13-15]。多滯環(huán)控制策略可以根據(jù)系統(tǒng)實際情況，靈活多層次地設(shè)定蓄電池充放電電流及其相互之間的轉(zhuǎn)換過程，具有較高的實際應(yīng)用價值[16]。
文獻[17]提出一種改進的多滯環(huán)控制策略，根據(jù)負載與電源輸出功率的差值來確定蓄電池充放電電流，根據(jù)直流母線電壓值與給定值的差值來確定超級電容器的充放電電流，避免了蓄電池在大電流高電壓的情況下充放電，及長期在充電與放電狀態(tài)間轉(zhuǎn)換對蓄電池造成的損害。
該控制策略雖然反應(yīng)較快，但需要使用遠距離通信設(shè)備和兩個DC-DC變換器，增加了系統(tǒng)成本，且降低了系統(tǒng)可靠性。文獻[18]采用超級電容器直接連接直流母線的結(jié)構(gòu)，根據(jù)直流母線電壓值來確定蓄電池的參考電流值，由于母線電壓必須達到對應(yīng)閾值才能觸發(fā)較高的電流參考值，所以某些條件下會出現(xiàn)母線電壓持續(xù)偏離額定值較多的情況，而儲能系統(tǒng)對此無能為力。
考慮到超級電容器的響應(yīng)速度，同時為了節(jié)省成本，簡化控制，提高可靠性，本文的混合儲能系統(tǒng)選用蓄電池接DC-DC變換器、超級電容器直接連直流母線的拓撲結(jié)構(gòu)。在直流微網(wǎng)中不需要考慮電壓相角和頻率，系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠工作取決于母線電壓幅值，而DC-DC變換器的控制策略就成為儲能系統(tǒng)維持母線電壓的關(guān)鍵。
針對混合儲能系統(tǒng)多滯環(huán)控制策略存在的問題，本文提出了一種改進的控制策略，在傳統(tǒng)控制策略的基礎(chǔ)上，定義了電壓等級信號，并使用積分器對電壓等級信號進行積分，從而可根據(jù)積分值的大小來輔助切換蓄電池電流參考值，使蓄電池能夠在母線電壓未達到對應(yīng)閾值的情況下也能根據(jù)需要進行大電流充放電。
同時，為了避免反向積分值延長母線電壓正向偏離時參考電流值的自動切換時間，使用兩個積分器分別控制正負向參考電流值的切換。基于Matlab/Simulink建立了仿真模型，對提出的改進控制策略進行了仿真分析。
圖1 風(fēng)光儲微網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖
結(jié)論
本文首先介紹了所采用的風(fēng)光儲獨立微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和各單元的模型，然后針對蓄電池接DC-DC變換器、超級電容器直接連接直流母線的拓撲結(jié)構(gòu)提出了改進的多滯環(huán)控制策略，最后在Matlab/Simulink軟件環(huán)境下建立了風(fēng)光儲直流微網(wǎng)的仿真模型。
通過特定環(huán)境下對所提出的控制策略的仿真分析，可以看出在預(yù)設(shè)的三種情況下，電壓等級信號的積分值能夠較好地輔助控制系統(tǒng)切換電壓等級，比起原有的控制策略，本文提出的改進多滯環(huán)控制策略能夠更快地恢復(fù)母線電壓，并能將母線電壓維持在更接近額定值的水平，各項電壓指標(biāo)均優(yōu)于原有控制策略，提高了微電網(wǎng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性和供電質(zhì)量。
作者
華北電力大學(xué)（保定）電力工程系劉志博、劉興杰
