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含复合储能和燃气轮发电机的直流微电网母线电压波动分层控制策略

中国储能网讯:内蒙古自治区光热与风能发电重点实验室(内蒙古科技大学)的研究人员张继红、王洪明等,在2018年第6期《电工技术学报》上撰文,为解决微电网运行时惯性小、模式多、对负荷敏感等问题而引发的母线电压波动现象,从储能系统的配置优化着手,在考虑荷电状态的基础上依据直流母线电压波动幅值进行抑制,提出一种直流微电网母线电压分层协调控制策略。

主要利用混合储能的互补特性以及燃气轮机的快起动优势,按照预期设计的七种模式精准抑制电压波动,建立各自模式的功率终端和松弛终端调配机制模型,给出硬件电路和软件设计流程,采用PSCAD/EMTDC大型仿真软件与新能源发电、储能综合实验平台的测试结果表明:所提控制策略合理可行,达到了抑制母线电压波动的目的,满足预期设计要求。

含复合储能和燃气轮发电机的直流微电网母线电压波动分层控制策略

微电网是一种能够自我控制和管理的小型供配电系统,主要由分布式电源、能量转换装置、负荷及保护装置构成。相比交流微电网,直流微电网毋需考虑相位同步、频率波动、功角稳定、无功环流等多重因素影响[1-3],因而,直流微电网具有控制简单、低运行成本和高效率等显著特点,是近年来研究的热点课题之一[4]。

针对直流微电网的三大关键技术问题:电压调节、储能管理和功率共享。国内外学者开展了卓有成效研究工作。文献[5-9]介绍了将超级电容和蓄电池组成的双储能系统在微电网中的控制及应用方案,提出了实现双储能系统补偿功率的优化分配策略。

文献[10-13]比较了多种提高直流微电网特性的控制方法,主要针对母线电压波动原因,采用不同抑制方法达到预期效果,但没有考虑蓄电池和超级电容的荷电状态这一关键特性。文献[14-17]介绍了柴油机、燃气轮机以及储能系统在微电网中的应用和综合协调机制,但对于母线电压调节效果一般。

本文综合双储能及燃气轮发电机的优势,充分利用超级电容功率密度大,弥补蓄电池调节电压的滞后特性以及蓄电池的能量密度大,补偿超级电容成本高、能量小的缺点,将两者结合可望实现均衡直流母线功率;同时借助燃气轮机快速起动优势,并考虑两类储能的荷电状态(State of Charge, SOC),将直流微电网的工作模式进行详细划分,针对不同工作模式在系统级和单元级分别提出适应当前状态的解决方法,达到均衡母线功率并延长蓄电池使用寿命的目的。

含复合储能和燃气轮发电机的直流微电网母线电压波动分层控制策略

图1 直流微电网结构

含复合储能和燃气轮发电机的直流微电网母线电压波动分层控制策略

图5 直流微电网系统结构与控制框图

结论

本文提出一种含燃气轮发电机和复合储能系统的直流微电网母线电压波动分层协调控制策略。充分利用超级电容功率密度大、补偿功率迅速、蓄电池的能量密度大和补偿功率范围广的特点,两者性能互补应用于直流微电网系统调节直流母线功率。可以较好地均衡直流母线电压波动,并为燃气轮发电机的平滑接入提供了保障。

结合超级电容和蓄电池的荷电状态,按照直流母线电压限值将直流微电网分为七种精准工作模式,针对不同的工作模式在系统级和单元级分别提出解决母线电压波动的控制策略。最后通过仿真和实验验证所提控制策略正确性,达到了抑制母线电压波动的目的,满足电压波动的电能质量要求,为离网状态下的直流微网稳定运行提供理论参考。

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