基于复合储能的微电网运行的切换控制策略.pdf

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1、第36卷第3期东北电力大学学报Vo1．36．No．32016年6月JournalOfNortheastDianliUniversityJun．，2016文章编号：1005-2992(2016)03—0011—05基于复合储能的微电网运行的切换控制策略冯天舒，刘芳2(1，东北电力大学电气工程学院，吉林吉林132012；2．中国电力建设工程咨询有限公司，北京100120))摘要：微电网是实现主动式配电网的一种有效形式，微电网技术能够促进分布式发电的大规模接人。针对微电网中并网模式和孤岛模式之间的切换，提出一种含复合储能装置的微电网优化控制策略。这种复合储能的微

2、电网优化控制将超级电容器和蓄电池的优点结合到一起，用于由分布式电源作为主控式电源的微电网，以实现微电网平滑切换的目标。利用PSCAD／EMTDC软件对系统进行研究，结果表明：在切换时间、频率、电压上，复合储能均优于蓄电池储能。关键词：微电网；复合储能；运行模式；无缝切换；控制策略中图分类号：TM715文献标识码：A微电网是一种将分布式电源、储能装置、负荷、变流器以及监控保护装置等有机整合在一起的小型发配电系统。它可以充分发挥分布式发电在经济、节能及环保中的优势，协调与大电网的矛盾，具有较高的灵活性与可调度性。微电网中主要电源的输出功率具有较大的波动性和随机

3、性，利用储能技术可以解决这些问题⋯。微电网对储能既有速度方面的要求，又有容量方面的要求，一种储能元件很难同时满足这些要求，因此，复合储能技术需要深人研究。蓄电池由于技术成熟、能量密度大、价格低廉得到广泛应用，容易实现大容量储能，为此蓄电池主要完成微电网中宏观上的功率平衡作用。但是微电网中频繁的充放电容易造成蓄电池温度升高，严重影响蓄电池的寿命，且不能用于功率的快速补偿；超级电容器充电功率大，速度快，使用寿命长，可以完成稳定频率、电压、补偿随时电压变化等功能_2J。所以，蓄电池与超级电容器组成的复合储能系统，具有容量密度高、功率密度大、使用寿命长等特点l3J

4、，对于平抑由分布式能源组成的微电网的功率平衡及安全稳定运行具有积极的意义。近年来，许多国内外专家学者，在利用混合储能平抑间隙式电源功率波动方面进行了卓有成效的研究。文献[4]将锂电池与超级电容器的组合形式应用在独立光伏电站，快速平衡系统瞬时功率，维持系统的可靠性；文献[5]将锂电池与超级电容器组成的复合储能装置应用于并网光伏电站，优化了光伏电站的输出功率、降低储能系统运行成本。文献[6]利用超级电容器与蓄电池的组合，提高储能系统的技术经济性。基于上述研究可知，由超级电容器和蓄电池组成的复合储能系统，在应对由分布式新能源组成的微电网频繁陕速功率变化、无缝切换

5、控制等方面具有良好的应用前景，但目前在关于这方面研究应用的文献还不多。本文在详细分析了由风电机组、光伏阵列组成的微电网安全稳定运行对储能需求的基础上，建立了风电机组、光伏阵列及超级电容器和蓄电池组成的复合储能系统及控制模型。提出了适应于微电网的复合储能结构及优化控制策略，并进行仿真研究，分析复合储能系统在微电网运行方式切换及平衡系统收稿日期：2016-03-22作者简介：冯天舒(1992一)，男，吉林市松原市人，东北电力大学电气工程学院在读研究生，主要研究方向：分布式发电及微电网运行与控制．12东北电力大学学报第36卷功率，提高系统可靠性等方面产生的成效。

6、1系统模型本文采用的微电网系统结构如图1所示，交流母线电压为0．4kV，通过升压变压器(T)经公共连接点(PCC)接入l0kV配电网(DistributedNetwork，DN)。系统主要由风力发电机组(ndTurbine，)、光伏阵列(PhotovohaicArray，PV)、蓄电池(Battery，BAT)、超级电容器(SuperCapacitors，sc)及控制器组成。1．1光伏电池的模型光伏电池阵列由一定数量的单体电池经串并联构成。它的输出功率与光照强度、环境温度等因素有关。单体光伏电池的等效电路如图2所示。图2中，，，分别为光伏电池输出电压、电流

7、；，D^为光生电流；，分别为电池P—N结产生的扩散电流和端电压；，分别为电池的串联和并联电阻。1．2复合储能装置模型由蓄电池和超级电容器组成的复合储能系统装置等效电路如图3所示。，分别为蓄电池的等效电压和内阻，￡为双向DC／DC的电感；S，s，，D分别为功率开关管；C为直流母线电容；Us。，R。分T别为超级电容器等效电压和内0厶阻D。-超级电容器由于其容量大，充放电周期长，可用一一个理想电压源和一个等效内阻串联来等效。超级电容器和蓄电池由储能控制器控制经双向变换器(DC／DC)后接人直流母线。这种连接方式的优点是可以使蓄电池、超级电容器工作在不同的电压范围

8、，是两者的容量配置与组合形式灵活可变。在复合储能的容量配置方面，蓄