微電網(wǎng)孤島運(yùn)行混合儲能自適應(yīng)控制策略

侯世英, 余海威, 李 琦, 楊祝濤, 畢曉輝

(1. 輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(重慶大學(xué)), 重慶市 400044; 2. 國網(wǎng)四川省電力公司天府新區(qū)供電公司, 四川省成都市 610041)

微電網(wǎng)孤島運(yùn)行混合儲能自適應(yīng)控制策略

侯世英1, 余海威1, 李 琦1, 楊祝濤1, 畢曉輝2

(1. 輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(重慶大學(xué)), 重慶市 400044; 2. 國網(wǎng)四川省電力公司天府新區(qū)供電公司, 四川省成都市 610041)

蓄電池/超級電容器混合儲能系統(tǒng)綜合了超級電容器高功率密度和蓄電池高能量密度的優(yōu)勢,是儲能技術(shù)未來發(fā)展方向之一。針對平抑微電網(wǎng)直流母線電壓波動的應(yīng)用需求,研究了蓄電池/超級電容器混合儲能系統(tǒng),建立了微電網(wǎng)孤島運(yùn)行狀態(tài)混合儲能系統(tǒng)等效電路模型。為充分保證混合儲能系統(tǒng)整體性能,提出一種主從雙環(huán)結(jié)構(gòu)自適應(yīng)控制策略,系統(tǒng)依據(jù)所設(shè)置的不同開環(huán)截止頻率,對母線功率波動進(jìn)行自適應(yīng)響應(yīng),完成上層的功率自適應(yīng)調(diào)節(jié)并使之平衡。針對負(fù)載電流不易測量的問題,提出基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的方法對其進(jìn)行虛擬測量。仿真分析結(jié)果驗(yàn)證了所提控制策略的有效性與可行性。

微電網(wǎng)(微網(wǎng)); 孤島運(yùn)行; 混合儲能; 自適應(yīng)控制; 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器

0 引言

微電網(wǎng)擁有并網(wǎng)和孤島兩種典型運(yùn)行模式[1-2]:在并網(wǎng)模式下,微電網(wǎng)與配電網(wǎng)連接,由公共配電網(wǎng)承擔(dān)著微電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定性支撐;當(dāng)檢測到配電網(wǎng)故障或電網(wǎng)電能質(zhì)量不能滿足自身要求時,微電網(wǎng)將斷開與公共配電網(wǎng)的連接,由并網(wǎng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)楣聧u運(yùn)行狀態(tài)[3-4]。在微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時,風(fēng)、光等新能源存在的波動性、間歇性和隨機(jī)性特點(diǎn),會給系統(tǒng)的功率平衡以及電能質(zhì)量帶來較大影響,為平抑功率波動而配置相應(yīng)儲能系統(tǒng)的需求變得不可或缺[5-11]。以蓄電池為代表的能量型儲能技術(shù),以其能量密度高的特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于儲能領(lǐng)域,但其功率密度較小,動態(tài)響應(yīng)速度慢,難以提供較大的瞬時輸出電流,壽命較短[12-13]。以超級電容器為代表的功率型儲能技術(shù),能量密度較小,功率密度大,可承受短時高倍率充放電電流[14]。

因超級電容器與蓄電池的性能特點(diǎn)有很強(qiáng)的互補(bǔ)性,很多專家學(xué)者提出采用超級電容器與蓄電池混合儲能系統(tǒng),并配以相應(yīng)的控制策略,實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行,提高儲能系統(tǒng)的整體性能,降低蓄電池充放電電流變化率,延長其使用壽命。文獻(xiàn)[15]提出一種動態(tài)功率分配控制策略,采用分段控制的思想,根據(jù)蓄電池輸出電流大小為超級電容器電流閉環(huán)提供不同的輸入?yún)⒖?減小蓄電池峰值輸出功率。文獻(xiàn)[16]采用經(jīng)典閉環(huán)控制理論,在超級電容器維持母線電壓穩(wěn)定的同時,優(yōu)化蓄電池的充放電過程,提高系統(tǒng)整體性能。文獻(xiàn)[17]提出一種功率自平衡控制策略,由混合儲能系統(tǒng)在蓄電池和超級電容器間合理分配缺額功率,優(yōu)化蓄電池工作過程,延長其使用壽命。文獻(xiàn)[18]提出一種多滯環(huán)調(diào)節(jié)控制策略,利用超級電容器滿足微電網(wǎng)大部分功率需求,蓄電池以分段恒流的形式充放電,提高儲能系統(tǒng)功率輸出能力,有效實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的瞬時功率平衡。上述控制策略均未考慮超級電容器的容量問題,且在進(jìn)行功率分配時需要較多的邏輯判斷和數(shù)字濾波環(huán)節(jié),增加了系統(tǒng)成本。

本文介紹含混合儲能系統(tǒng)的微電網(wǎng)孤島運(yùn)行狀態(tài)下拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及等效電路,分析互補(bǔ)脈寬調(diào)制(PWM)導(dǎo)通控制方法的特點(diǎn)及在微電網(wǎng)應(yīng)用中的優(yōu)勢,并對其進(jìn)行小信號建模;根據(jù)微電網(wǎng)孤島穩(wěn)定運(yùn)行對混合儲能系統(tǒng)的要求,提出一種主從雙環(huán)結(jié)構(gòu)式自適應(yīng)控制策略,并在頻域內(nèi)對系統(tǒng)性能進(jìn)行分析;鑒于負(fù)載電流不易測量的情況,提出基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器(ESO)的方法對其進(jìn)行虛擬測量;所提控制策略可對母線功率波動進(jìn)行快速響應(yīng),完成上層的功率調(diào)節(jié)并使之平衡,具有自適應(yīng)特征。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其小信號模型

1.1 微電網(wǎng)孤島運(yùn)行狀態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

微電網(wǎng)孤島運(yùn)行狀態(tài)下的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包含三個部分,分別為電源部分、儲能系統(tǒng)和負(fù)載部分。微電網(wǎng)孤島運(yùn)行下系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參考附錄A圖A1。

忽略開關(guān)損耗,由能量守恒可得到微電網(wǎng)系統(tǒng)各功率之間的關(guān)系式如下:

Pload-Pi=Psc+Pbat

(1)

式中:Pi為可再生能源發(fā)電部分的輸出功率總和;Pload為負(fù)載功率;Psc為超級電容器輸出功率;Pbat為蓄電池輸出功率。

微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時,儲能系統(tǒng)主要承擔(dān)著填補(bǔ)新能源發(fā)電輸出功率Pi和負(fù)載功率Pload間差量的作用,達(dá)到平抑直流母線功率波動,維持母線電壓穩(wěn)定的目的。在進(jìn)行系統(tǒng)分析和計算時,可將電源和負(fù)載部分等效為一個可控電流源[19],混合儲能系統(tǒng)等效電路參考附錄A圖A2,用等效電流源的階躍跳變模擬極端實(shí)際情況,可證明系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性。

1.2 微電網(wǎng)孤島運(yùn)行狀態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

蓄電池單元和超級電容器單元分別通過雙向DC/DC變換器與直流母線相連。雙向DC/DC變換器具有成本低和工作效率較高的特點(diǎn)[20],可在元器件較少的情況下實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動,大幅降低系統(tǒng)重量和體積[21],其存在兩種導(dǎo)通模式:互補(bǔ)導(dǎo)通模式[22]和獨(dú)立導(dǎo)通模式[23]。獨(dú)立導(dǎo)通模式中,為避免瞬時功率的沖擊,保證功率的雙向平滑流動,通常需添加狀態(tài)邏輯單元來實(shí)現(xiàn)buck狀態(tài)和boost狀態(tài)間穩(wěn)定切換的目標(biāo),一般采用滯環(huán)的形式來實(shí)現(xiàn)此狀態(tài)邏輯單元,較為復(fù)雜?；パa(bǔ)導(dǎo)通模式可使雙向DC/DC變換器工作在軟開關(guān)環(huán)境,降低開關(guān)損耗,且不需狀態(tài)邏輯單元即可實(shí)現(xiàn)功率雙向流動的狀態(tài)切換,系統(tǒng)響應(yīng)速度更快[24]。在微電網(wǎng)中,瞬時沖擊較多,儲能系統(tǒng)需要時刻彌補(bǔ)新能源和負(fù)荷間的功率缺額,頻繁且快速地吸收或發(fā)出有功功率是必不可少的環(huán)節(jié),其功率流動方向切換較為頻繁,因此采用互補(bǔ)PWM導(dǎo)通模式更為適合[25]。

假設(shè)開關(guān)管都是理想開關(guān),經(jīng)小信號建?？傻玫较铝袪顟B(tài)空間表達(dá)式:

(2)

根據(jù)上述所建小信號模型,可分別求取出超級電容器輸出電流對開關(guān)S4占空比和蓄電池輸出電流對開關(guān)S2占空比的傳遞函數(shù)為:

(3)

(4)

其他相關(guān)傳遞函數(shù)參考附錄B。

2 混合儲能自適應(yīng)控制策略

據(jù)引言所述,微電網(wǎng)孤島運(yùn)行狀態(tài)下混合儲能系統(tǒng)對于其配套控制策略的基本要求有:維持母線電壓的穩(wěn)定,平抑直流母線上的功率波動;降低蓄電池輸出電流的變化率,延長蓄電池使用壽命;考慮超級電容器的小容量弊端,避免其過充過放,實(shí)現(xiàn)儲能系統(tǒng)的優(yōu)化控制[25]。

2.1 主從結(jié)構(gòu)雙閉環(huán)控制策略

超級電容器具有功率密度大、可快速充放電的特點(diǎn),但其能量密度小,容量不足;蓄電池能量密度大,但對于充放電電流變化率較為敏感。鑒于蓄電池的大容量儲備特點(diǎn)和超級電容器的高速響應(yīng)能力,本文提出一種主從雙環(huán)結(jié)構(gòu)式自適應(yīng)控制策略,如圖1所示,控制系統(tǒng)由兩個主從雙閉環(huán)和一個前饋環(huán)構(gòu)成。

圖1 混合儲能控制策略框圖Fig.1 Block diagram of control strategy for hybrid energy storage

超級電容器端的主環(huán)結(jié)構(gòu)用以平抑直流母線的快速功率波動,穩(wěn)定母線電壓。前饋項(xiàng)嵌入在主環(huán)結(jié)構(gòu)中,將該雙輸入單輸出系統(tǒng)解耦為單輸入單輸出系統(tǒng),消除擾動輸入對母線電壓的影響,進(jìn)一步提高系統(tǒng)抗干擾能力。蓄電池端的從環(huán)結(jié)構(gòu)將超級電容器的剩余電量維持在一個恒定的范圍,保持其端電壓穩(wěn)定。具體的控制系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及相應(yīng)解析參考附錄C。

由附錄C可以推導(dǎo)出母線電壓Ubus與參考電壓輸入Ubus-ref和擾動輸入的表達(dá)式為:

Ubus=TrefUbus-ref+Zo(-im+iob)

(5)

(6)

Zo=

(7)

Δ=1+Gc-iscKpwmGiscd2H1+

(8)

式中:Gc-usc為超級電容器外環(huán)電壓控制器傳遞函數(shù);Gc-isc為超級電容器內(nèi)環(huán)電流控制器傳遞函數(shù);Kpwm為PWM環(huán)節(jié)增益;Iosc為超級電容器端直流變換器輸出電流穩(wěn)態(tài)值;H1和H2分別為超級電容器電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)反饋通道衰減系數(shù);Gx為前饋項(xiàng)傳遞函數(shù);iob為蓄電池端直流變換器輸出電流。

由式(5)可知,由于Zo的存在,母線電壓不僅會受到擾動電流的影響而產(chǎn)生波動,還與蓄電池電流存在耦合。若引入適當(dāng)?shù)那梆來?xiàng)系數(shù)Gx使得Zo等于0,可實(shí)現(xiàn)對擾動信號-im+iob的解耦控制,從理論上保證母線電壓不受擾動電流波動的影響。令Zo=0,可以得到:

(9)

Ubus=TrefUbus-ref

(10)

即將該雙輸入單輸出系統(tǒng)解耦為單輸入單輸出系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)直流母線電壓對擾動信號的解耦,消除擾動電流對母線電壓造成的影響,暫態(tài)時母線電壓仍保持穩(wěn)定,進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

主從結(jié)構(gòu)雙閉環(huán)控制策略的特別之處在于由超級電容器實(shí)時補(bǔ)償系統(tǒng)功率波動,在超級電容器端電壓發(fā)生變化的同時再由蓄電池緩慢響應(yīng)維持超級電容器的電壓穩(wěn)定,功率前饋環(huán)的引入實(shí)現(xiàn)了對擾動信號的解耦,可進(jìn)一步消除擾動輸入變化對直流母線電壓的影響,使得環(huán)路控制系統(tǒng)的設(shè)計更為方便。

2.2 超級電容器與蓄電池的功率分配

在混合儲能系統(tǒng)中,功率波動被區(qū)分為高頻部分和低頻部分,其中高頻功率波動由超級電容器補(bǔ)償,低頻功率波動由蓄電池補(bǔ)償。傳統(tǒng)的功率分配方法是利用數(shù)字濾波器對母線波動功率部分進(jìn)行濾波,以此得到低頻的功率或電流,再將其作為蓄電池閉環(huán)響應(yīng)的參考值進(jìn)行跟蹤控制。此類型的控制過程較為復(fù)雜,且會增加系統(tǒng)成本。

經(jīng)典控制理論指出,系統(tǒng)閉環(huán)截止頻率可表征閉環(huán)系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)速度,閉環(huán)截止頻率越高,其瞬態(tài)響應(yīng)速度越快。由于閉環(huán)截止頻率與開環(huán)截止頻率具有同向性,截止頻率越高,瞬態(tài)響應(yīng)速度越快,即可用開環(huán)截止頻率來衡量系統(tǒng)的響應(yīng)速度[26]。在本文所提主從雙環(huán)結(jié)構(gòu)中,存在4個主回路閉環(huán),即超級電容電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán),蓄電池電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán),若利用4個閉環(huán)的內(nèi)部控制器,將其各自的開環(huán)截止頻率區(qū)別設(shè)置,可達(dá)到自動分離高低頻波動功率的目的,從而可省去數(shù)字濾波器件及部分采樣、控制電路,在降低成本的同時也加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。系統(tǒng)可依據(jù)所設(shè)置的不同開環(huán)截止頻率對母線功率波動進(jìn)行自適應(yīng)響應(yīng),完成上層的功率自適應(yīng)調(diào)節(jié)并使之平衡,具有自適應(yīng)特征。

由于各自開環(huán)截止頻率設(shè)置的不同,超級電容器的響應(yīng)速度明顯快于蓄電池,在微電網(wǎng)孤島運(yùn)行狀態(tài)下,功率需求一旦發(fā)生突變,由超級電容器快速響應(yīng)來彌補(bǔ)功率缺額。超級電容器在優(yōu)先響應(yīng)時,其端電壓會因充放電而發(fā)生波動。在檢測到超級電容器端電壓發(fā)生變化時,蓄電池緩慢反應(yīng),以維持超級電容器端電壓的恒定,達(dá)到一種動態(tài)自適應(yīng)平衡。通過這樣一種主從雙環(huán)結(jié)構(gòu)式自適應(yīng)控制,系統(tǒng)會將超級電容器所暫時承擔(dān)的母線功率缺額逐漸轉(zhuǎn)移到蓄電池系統(tǒng)上,這樣可使蓄電池輸出功率變化較為平滑,降低充放電深度,延長其使用壽命,同時也避免超級電容器過充過放。

2.3 系統(tǒng)頻域分析

由附錄C圖C1和圖C2可以分別得到isci和ibi到im的閉環(huán)傳遞函數(shù)Gscm和Gbm分別為:

(11)

(12)

式中:Gc-ub為蓄電池外環(huán)電壓控制器傳遞函數(shù);Gc-ib為蓄電池內(nèi)環(huán)電流控制器傳遞函數(shù);Iob為蓄電池端直流變換器輸出電流穩(wěn)態(tài)值;H3和H4分別為蓄電池電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)反饋通道的衰減系數(shù)。

由式(5)和式(6)可知,Ubus到Ubus-ref的閉環(huán)傳遞函數(shù)為:

(13)

混合儲能系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)幅頻特性曲線如圖2所示。從圖2(a)中可以看出,對于等效負(fù)載電流im的變化,超級電容器和蓄電池的輸出電流均可進(jìn)行相關(guān)的響應(yīng),且相對于Gbm來說,Gscm的截止頻率要大很多。根據(jù)經(jīng)典控制理論,系統(tǒng)幅頻特性曲線的截止頻率與其響應(yīng)速度存在同向性,因此在im變化時,超級電容器的響應(yīng)速度要快得多,補(bǔ)償高頻功率波動,而蓄電池的響應(yīng)速度則較為緩慢,補(bǔ)償?shù)皖l功率波動,從理論上印證了本文所提控制策略可降低蓄電池輸出功率變化率,達(dá)到延長蓄電池使用壽命的目的。從圖2(b)中可以看出,Guuref在低頻部分始終保持在“0”狀態(tài),證明系統(tǒng)對于母線電壓Ubus有良好的跟蹤性能,可有效平抑母線功率波動,維持母線電壓的穩(wěn)定。

3 負(fù)載電流擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

自適應(yīng)控制策略中為引入前饋控制以消除擾動輸入對直流母線電壓的影響,需要加裝電流傳感器來引入負(fù)載電流iload的值,這樣會增加開關(guān)管電路與直流母線間的雜散電感,造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定;且由于現(xiàn)實(shí)采樣頻率的限制,在iload發(fā)生變化時,可能并不能采集到實(shí)際所需電流值。因此,本文提出基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器模型的負(fù)載電流虛擬測量方法,利用已知的直流母線電壓Udc和混合儲能系統(tǒng)變換器輸出電流io對負(fù)載電流進(jìn)行虛擬測量,根據(jù)系統(tǒng)動態(tài)行為,利用觀測器進(jìn)行實(shí)時估計,利用已知或易于測量的參數(shù)和狀態(tài)估計難以直接測量的狀態(tài)。擴(kuò)張狀態(tài)觀測器是在一般觀測器的基礎(chǔ)上,將影響系統(tǒng)被控輸出的總擾動擴(kuò)張成新的狀態(tài)變量,然后對系統(tǒng)狀態(tài)變量和總擾動進(jìn)行估計的一種非線性觀測器。

圖2 混合儲能系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)幅頻特性曲線Fig.2 Amplitude-frequency characteristic curves of closed-loop transfer function for hybrid energy storage system

具體地,將輸出方程Cdudc/dt=io-iload(C為母線穩(wěn)壓電容自身參數(shù))寫成一階標(biāo)準(zhǔn)形式,有

(14)

則式(14)擴(kuò)張狀態(tài)后可寫成如下方程:

(15)

對此,在式(15)中令狀態(tài)z1=Udc,擴(kuò)張狀態(tài)(干擾)z2=-(1/C)iload,輸入u=io,輸入系數(shù)b=1/C,可以構(gòu)造如下的擴(kuò)張狀態(tài)觀測器:

(16)

(17)

擴(kuò)張狀態(tài)觀測器控制框圖如圖3所示,利用擴(kuò)張狀態(tài)觀測器可實(shí)時估計負(fù)載電流,增強(qiáng)控制系統(tǒng)對測量噪聲的抗干擾能力。

圖3 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器工作原理Fig.3 Operational principle of extended state observer

通過以上分析發(fā)現(xiàn),如果已知初始狀態(tài)、Udc及io,即可根據(jù)圖3和擴(kuò)張狀態(tài)觀測器方程(16)得到iload的虛擬測量值。

4 仿真研究

為了驗(yàn)證上述控制策略及負(fù)載電流擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的正確性和有效性,采用MATLAB/Simulink對混合儲能系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。系統(tǒng)框圖如附錄A圖A2所示,電路參數(shù)見附錄A表A1,開關(guān)頻率為50 kHz,超級電容電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)及蓄電池電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)的開環(huán)截止頻率分別設(shè)置為5 000,500,5 000,5 Hz。擾動均選擇極限情況,即負(fù)載階躍跳變。

圖4為負(fù)載發(fā)生變化時,采用電流傳感器方法(因母線負(fù)載電流受開關(guān)頻率影響,呈脈沖波形,不可直接用于前饋,因此需添加一低通濾波環(huán)節(jié)對實(shí)測波形進(jìn)行處理)和擴(kuò)張狀態(tài)觀測器虛擬測量方法分別得到的負(fù)載電流波形,觀測器的初值給定為零,負(fù)載在7 s和14 s進(jìn)行了跳變。從圖4中可見,由擴(kuò)張狀態(tài)觀測器虛擬測量的負(fù)載電流既可在穩(wěn)態(tài)很好地保持與實(shí)際電流數(shù)值的同步,也能在負(fù)載突變時,快速跟蹤負(fù)載電流,滿足系統(tǒng)自適應(yīng)控制策略的需要。

負(fù)載跳變時,直流母線電壓、蓄電池和超級電容器電流、超級電容器端電壓及其荷電狀態(tài)(SOC)的瞬態(tài)響應(yīng)曲線參考附錄D。可以看出,自適應(yīng)控制策略可有效抑制因負(fù)載突變所引起的母線電壓超調(diào),加速響應(yīng)過程,平抑直流母線功率波動;在超級電容器和蓄電池間有效地進(jìn)行功率分配,減小蓄電池端電流變化率,延長其使用壽命;使超級電容器剩余電量始終維持在一定水平,避免超級電容器過沖過放。

圖4 負(fù)載突變時觀測器和傳感器所測量的負(fù)載電流波形Fig.4 Load current waveforms measured by observer and sensor when load sudden changes

5 結(jié)語

本文針對平抑微電網(wǎng)直流母線電壓波動的應(yīng)用需求,提出一種混合儲能主從雙環(huán)結(jié)構(gòu)自適應(yīng)控制策略,由超級電容器實(shí)時補(bǔ)償系統(tǒng)功率波動,在超級電容器端電壓發(fā)生變化的同時，再由蓄電池緩慢響應(yīng)維持超級電容器的電壓穩(wěn)定,避免超級電容器SOC達(dá)到最大或最小限值而退出運(yùn)行,并引入功率前饋環(huán)以進(jìn)一步消除擾動輸入變化對直流母線電壓的影響。另外,為降低成本，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,針對負(fù)載電流不易測量的問題,提出基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的負(fù)載電流虛擬測量方法取代電流傳感器測量負(fù)載電流的方法,提高微電網(wǎng)孤島運(yùn)行可靠性。仿真研究驗(yàn)證了所提控制策略的正確性和有效性。

但本文中控制系統(tǒng)相關(guān)開環(huán)截止頻率選取原則相對簡單,因此后續(xù)研究中可綜合考慮系統(tǒng)模型及所用開關(guān)頻率對該選取原則的最優(yōu)化配置展開進(jìn)一步研究。

附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

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Adaptive Control Strategy of Hybrid Energy Storage in Microgrid Islanded Operation State

HOUShiying1,YUHaiwei1,LIQi1,YANGZhutao1,BIXiaohui2

(1. State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Security and New Technology, Chongqing University, Chongqing 400044, China; 2. Tianfu District Power Supply Company, State Grid Sichuan Electric Power Company, Chengdu 610041, China)

The battery/supercapacitor hybrid energy storage system has become one of the future development directions for energy storage technology by combining the advantages of high power density and high energy density. According to the application demand for stabilizing DC bus voltage fluctuation of the microgrid, the battery/supercapacitor hybrid energy storage system is studied, and the equivalent circuit model of hybrid energy storage system is established. In order to fully guarantee the overall performance of the hybrid energy storage system, a master-slave dual-loop structure adaptive control strategy is proposed. The hybrid energy storage system can produce adaptive response to the output power fluctuation according to the different cut-off frequencies of the system. And the upper level of the power adjustment is completed and balanced. To solve the problem of difficulty in measuring the load current, virtual measurement based on the extended state observer is proposed. Simulation results have verified the effectiveness and feasibility of the proposed control strategy.

This work is supported by Program of Introducing Talents of Discipline to Universities (“111” Program) (No. B08036).

microgrid; islanded operation; hybrid energy storage; adaptive control; extended state observer

2016-12-13;

2017-04-08。

上網(wǎng)日期: 2017-06-14。

高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計劃(“111”計劃)資助項(xiàng)目(B08036)。

侯世英(1962—),女,博士,教授,主要研究方向:電力電子在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用、新能源發(fā)電。E-mail：houshiying@163.com

余海威(1992—),男,通信作者,碩士研究生,主要研究方向:直流微電網(wǎng)混合儲能控制策略。E-mail: 82403536@qq.com

李 琦(1993—),女,碩士研究生,主要研究方向:模型預(yù)測控制在電力電子中的應(yīng)用。E-mail: 550466878@qq.com

(編輯 孔麗蓓)