本發(fā)明涉及一種風(fēng)光互補(bǔ)微網(wǎng)，尤其涉及一種混合儲(chǔ)能在風(fēng)光互補(bǔ)微網(wǎng)中的控制方法。

背景技術(shù)：

隨著傳統(tǒng)能源的日益匱乏和環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，綠色新能源受到了越來越多的關(guān)注。而風(fēng)能與太陽能，作為兩種使用較普遍的綠色新能源，具有能源充足，分布廣泛，環(huán)保清潔等特點(diǎn)。為了彌補(bǔ)兩種能源在季節(jié)與氣候方面的缺陷，利用風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)，針對(duì)兩者天然的互補(bǔ)性和時(shí)空上的匹配性，將兩者相結(jié)合，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與實(shí)用性，提高了對(duì)于新能源的利用性。微網(wǎng)作為風(fēng)能、太陽能等分布式能源的高級(jí)結(jié)構(gòu)形式，可以將分布式能源、負(fù)荷、儲(chǔ)能進(jìn)行有效的結(jié)合。它能夠與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，又支持離網(wǎng)孤島運(yùn)行，可以將分布式能源的價(jià)值充分挖掘，帶給社會(huì)足夠效益。

儲(chǔ)能系統(tǒng)作為風(fēng)光互補(bǔ)微網(wǎng)必要的能量緩沖環(huán)節(jié)，不僅可以解決微網(wǎng)慣性小、抗干擾能力弱等弊端，還可以削弱風(fēng)能、太陽能等分布式能源的間歇性對(duì)系統(tǒng)的影響，從而提高微網(wǎng)的穩(wěn)定性與可調(diào)控性。就常用的儲(chǔ)能裝置來看，蓄電池能量密度大，功率密度小是典型的能量型儲(chǔ)能介質(zhì)；超級(jí)電容器具有功率密度大、循環(huán)壽命長、能量密度小、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，是典型的功率型儲(chǔ)能介質(zhì)?？梢?，單一的儲(chǔ)能裝置無法同時(shí)滿足功率與能量兩方面的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服風(fēng)電和光伏發(fā)電中互補(bǔ)控制存在的難題，本發(fā)明提出一種混合儲(chǔ)能在風(fēng)光互補(bǔ)微網(wǎng)中的控制方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提出了一種應(yīng)用于風(fēng)光互補(bǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)的超級(jí)電容器蓄電池混合儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)，并對(duì)于該儲(chǔ)能單元的控制問題進(jìn)行研究，提出了基于功率外環(huán)加電流內(nèi)環(huán)控制的VSC控制策略以及基于滑動(dòng)平均濾波器的DC/DC控制策略。

混合儲(chǔ)能在風(fēng)光互補(bǔ)微網(wǎng)中的控制方法包括儲(chǔ)能單元VSC控制、蓄電池儲(chǔ)能單元控制和超級(jí)電容器儲(chǔ)能單元控制三個(gè)部分。

所述儲(chǔ)能單元VSC控制采用功率外環(huán)加電流內(nèi)環(huán)控制，提高了調(diào)節(jié)過程的效率與穩(wěn)定性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)無差控制。

所述蓄電池儲(chǔ)能單元控制使得蓄電池用于承擔(dān)發(fā)電系統(tǒng)與負(fù)載不匹配的低頻能量。

所述超級(jí)電容器儲(chǔ)能單元控制使得超級(jí)電容承擔(dān)發(fā)電系統(tǒng)與耗能系統(tǒng)之間的不匹配的高頻能量。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結(jié)合了蓄電池及超級(jí)電容器兩種儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)勢的混合儲(chǔ)能單元于微網(wǎng)中的應(yīng)用，可以很好地提高微網(wǎng)的可靠性，緩解了電量供需的不平衡情況，提高了電能質(zhì)量與系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性。同時(shí)由于超級(jí)電容器的加入分擔(dān)了波動(dòng)頻繁部分的電量，減少了蓄電池充放電循環(huán)次數(shù)，延長了蓄電池的壽命，從而提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

附圖說明

圖1為微電網(wǎng)系統(tǒng)圖。

圖2為儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)單元圖。

圖3為儲(chǔ)能單元綜合控制框圖。

圖4為VSC控制結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

圖1中，組成部分為：異步風(fēng)力發(fā)電單元(主要由風(fēng)輪機(jī)、傳動(dòng)裝置、異步發(fā)電機(jī)和槳距控制系統(tǒng)組成)、光伏單元(主要由光伏陣列、BOOST 電路、LC 濾波器及其控制系統(tǒng)組成)、儲(chǔ)能單元(由超級(jí)電容器與蓄電池構(gòu)成混合儲(chǔ)能系統(tǒng))及負(fù)荷。同時(shí)，微網(wǎng)在公共連接點(diǎn)處通過靜態(tài)開關(guān)連接于配電網(wǎng)。

圖2中，中混合儲(chǔ)能系統(tǒng)采用的雙極式變流器結(jié)構(gòu)，此雙極式變流器電路由前級(jí)DC/DC 變換器與后級(jí)DC/AC 變換器組成。其中DC/DC 變換器允許能量的雙向流動(dòng)，通過PWM 進(jìn)行控制，充電時(shí)工作于降壓模式，放電時(shí)工作于升壓模式；DC/AC 變換器為三相電源型雙向變流器VSC，并經(jīng)過LCL 濾波器連接負(fù)載。L_f為濾波電感，C_f為濾波電容，R_f為濾波電阻，U_dc為直流母線電壓，U_sc為超級(jí)電容器電壓，U_bat為蓄電池電壓，u_a、u_b、u_c為濾波電容三相電壓，i_a、i_b、i_c為濾波電感三相電流。

圖3中，使用瞬時(shí)功率計(jì)算模塊通過測得的濾波電容三相電壓u_a、u_b、u_c與濾波電感三相電流i_a、i_b、i_c計(jì)算出儲(chǔ)能單元的瞬時(shí)功率，并且通過低通濾波器LPF計(jì)算出有功功率P_m、Q_m。由微網(wǎng)EMS(Energy Management System，即電能管理系統(tǒng))對(duì)各單元進(jìn)行運(yùn)行控制與調(diào)度，發(fā)出指令功率P_ref、Q_ref，與輸入到功率外環(huán)控制器的P_m、Q_m進(jìn)行比較。圖4中，由PI控制器得到dq坐標(biāo)系下的參考電流與測量得到的電流值i_d、i_q進(jìn)行比較，并且通過對(duì)應(yīng)的PI控制器實(shí)現(xiàn)無靜差控制。從電流內(nèi)環(huán)輸出的信號(hào)通過dq-αβ變換后，再通過SPWM得到逆變器的控制信號(hào)S_a、S_b、S_c。

為了避免高深度發(fā)電給蓄電池帶來的損傷，延長蓄電池的壽命，在混合儲(chǔ)能系統(tǒng)中，蓄電池主要用于承擔(dān)發(fā)電系統(tǒng)與負(fù)載不匹配的低頻能量，蓄電池通過DC/DC變換器與直流母線相連。通過計(jì)算參考功率與實(shí)際測量電壓所得計(jì)算電流，即電感電流參考值。該電流可以通過滑模變結(jié)構(gòu)控制器對(duì)變換器的開關(guān)信號(hào)進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制變化器的目的。

為了彌補(bǔ)單一蓄電池儲(chǔ)能的不足，延長蓄電池壽命，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，充分利用超級(jí)電容器在混合儲(chǔ)能系統(tǒng)中發(fā)揮的作用，根據(jù)其自身特性，使其承擔(dān)發(fā)電系統(tǒng)與耗能系統(tǒng)之間的不匹配的高頻能量。超級(jí)電容器與蓄電池一樣通過DC/DC變換器與直流母線相連，通過參考功率與實(shí)際電壓得到計(jì)算電流，即電流參考值，并且將其與實(shí)際電流的差值經(jīng)PID控制器后，與特定值的重復(fù)序列進(jìn)行比較運(yùn)算，從而得到開關(guān)量，對(duì)開關(guān)管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，達(dá)到控制變換器通斷的目的。