- 頭條改進的光儲獨立微電網協調控制方法2019-12-27 作者：張繼元、舒杰、寧佳、王浩 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語中國科學院廣州能源研究所可再生能源重點實驗室、中國科學院大學的研究人員張繼元、舒杰、寧佳、王浩，在2018年《電工技術學報》增刊2上撰文（論文標題為“考慮SOC自均衡的光儲獨立微電網協調控制”），針對多分布式電源組成的混合微電網，考慮孤島模式下光伏與儲能系統協調運行，對其能量管理控制策略展開研究。 首先，考慮儲能系統荷電狀態SOC平衡，提出了一種改進的動態下垂控制策略，以提高不同儲能系統間輸出功率的均衡度，延長儲能單元使用壽命。其次，針對光伏輸出功率波動以及SOC狀態變化，設計了分布式電源的多模式切換控制算法，根據場景運行在不同的控制模式，實現分布式微電網能量管理目標。 通過搭建Matlab/Simulink仿真模型，儲能系統能夠根據SOC狀態快速分配功率，同時協調光伏系統維持微電網穩定運行，驗證了所提控制策略的可行性和有效性。
隨著分布式發電技術的快速發展，光伏、風機等可再生能源（Renewable Energy Sources, RES）越來越多地接入到大電網中，使分布式電源裝機容量不斷提高。為協調多種類的分布式能源高效利用，通常將其整合成區域配電網絡——微電網的形式?？紤]到RES功率輸出的波動性、間歇性等特性，為滿足系統穩定運行，通常需配置相關容量的儲能系統（Energy Storage Systems, ESS）。
微電網可運行在并網模式，參與大電網的頻率/電壓調節、功率分配以及削峰填谷等。在電網出現故障孤島運行時，接收監控調度系統的指令，實現各發電單元與負載、儲能單元之間能量的優化調度和微電網經濟運行，此時的微電網獨立提供電壓支撐以及維持頻率的穩定。
針對孤島微電網，其控制目標是實現分布式電源（Distributed Generations, DGs）之間的能量平衡以及頻率電壓穩定，同時需考慮RES功率波動和儲能荷電狀態（State of Charge, SOC）的變化。文獻[10,11]研究了在光/儲孤島微電網中，采用頻率信號實現功率控制，文獻[12]采用模糊算法，并結合SOC水平研究并網控制策略，上述方法均僅適用于單個儲能系統。
文獻[13]采用改進的下垂方法，實現光伏（Photovoltaic, PV）和儲能的自適應協調控制。進一步，研究了由光/儲并聯組成的混合系統的能量管理策略。然而，這些方法并未討論多組儲能系統時的SOC均衡問題。
因此，為了實現微電網即插即用、易于擴容的性能，需綜合考慮分布式電源的功率條件和ESS的存儲容量。文獻[15]提出最大功率跟蹤（Maximum Power Point Tracking, MPPT）和儲能結合的V-f與P-Q協調控制策略，考慮了光伏最大功率和SOC荷電狀態，該控制算法適用于ESS匯入光伏系統的直流輸出端，同時需要額外的控制方案來協調在交流母線上與其他分布式電源的能量交互。
交流孤島微電網中多采用基于P-f下垂控制的SOC平衡方案，文獻[21]根據不同的運行條件，設計了多模式運行控制方法，無通信線情況下協調RES和ESS實現自主平滑過渡，但在切換過程中會導致頻率的較大偏差。對此，文獻[22]通過引入SOC平衡因子，使得不同容量ESS在充放電過程中實現平衡，同時維持交流母線頻率的穩定。文獻[23]在所提出的控制策略中，結合考慮了需求側響應和儲能系統的靈活參與，并通過兩級迭代消除對彈性需求的約束，但該算法控制復雜、運算量大，同時需附加通信鏈路。
本文研究微電網中RES/ESS多電源并聯時的協調控制策略。首先設計一種考慮SOC均衡的改進下垂控制，調節儲能系統間SOC平衡；然后結合光伏輸出功率及蓄電池荷電狀態變化，提出多模式切換控制方法。這些控制能夠實現DGs間的功率主動分配以及靈活的模式轉換，同時根據分布式電源運行狀態，提出能量管理控制策略流程，自主實現分布式微電網穩定運行的目標。最后，通過Matlab/ Simulink搭建了含光伏、儲能和負荷的混合微電網模型，驗證所提算法的控制效果并進行特性分析。
圖9 仿真系統原理
結論
本文提出一種考慮SOC自均衡的混合微電網協調控制策略，為此設計了分布式電源多模式切換控制及能量管理流程。在光伏、儲能系統放電階段，考慮避免ESS單元不均衡放電，提出分布式儲能系統動態下垂控制方法，提高不同蓄電池組間輸出功率的均衡度。
仿真實驗表明，在采用所述控制策略后，具有不同SOC初始值的儲能系統能自適應調整輸出功率，進而促進SOC趨于一致。同時，考慮光伏輸出功率波動、儲能系統SOC荷電狀態以及負載側功率需求的變化，設計多模式自主切換算法控制流程，并在Matlab/Simulink模型中模擬仿真了多種運行場景。
結果表明，所提出的控制策略能夠實現分布式微電網的能量管理、功率的合理分配及系統穩定運行，從而驗證了所提控制策略的可行性和有效性。
