邊海防部隊(duì)微網(wǎng)供電系統(tǒng)智能化能量管控研究

摘 要：隨著分布式發(fā)電技術(shù)的逐步成熟，由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、光伏電池組、蓄電池組、柴油發(fā)電機(jī)組組成的風(fēng)光柴蓄獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)能彌補(bǔ)我軍現(xiàn)有哨所供電保障系統(tǒng)的不足。能量管理和控制是微網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用于哨所供電的關(guān)鍵，本文根據(jù)對微源的運(yùn)行優(yōu)先級分析研究了風(fēng)光柴蓄系統(tǒng)智能化能量管控策略，為風(fēng)光柴蓄微網(wǎng)供電系統(tǒng)的智能化控制研究提供了參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)光柴蓄;微網(wǎng);能量管理與控制;智能化;優(yōu)先級模型

1 引言

對于遠(yuǎn)離電網(wǎng)的邊海防哨所，供電主要依賴于柴油發(fā)電機(jī)組，但內(nèi)燃機(jī)供電噪音大、熱輻射強(qiáng)，既影響工作生活還容易暴露目標(biāo)。同時(shí)，遠(yuǎn)離補(bǔ)給點(diǎn)、燃料供應(yīng)不及時(shí)等缺點(diǎn)，滿足不了邊防部隊(duì)完成多樣化作戰(zhàn)任務(wù)的需求。風(fēng)光柴蓄微網(wǎng)供電系統(tǒng)具有無污染、無噪聲、節(jié)省柴油燃油消耗等特點(diǎn)，是邊海防哨所供電系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢。由于風(fēng)、光資源的較大范圍波動使風(fēng)、光電能量輸出始終處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，這將導(dǎo)致風(fēng)光柴蓄微網(wǎng)供電系統(tǒng)能量不平衡，因此能量的管理和控制是實(shí)現(xiàn)風(fēng)光柴蓄微網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在[1][2]。

2 風(fēng)光柴蓄微網(wǎng)供電系統(tǒng)模型

風(fēng)光柴蓄微網(wǎng)供電系統(tǒng)，主要由電源（光伏系統(tǒng)、風(fēng)電系統(tǒng)、柴電系統(tǒng)）、儲能裝置（蓄電池組）、變換器、能量管理控制器、監(jiān)控系統(tǒng)及負(fù)載構(gòu)成。能量管理與控制系統(tǒng)是微網(wǎng)系統(tǒng)最高層次的控制單元，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)優(yōu)化電源單元、儲能單元及負(fù)載能量流動，使能量始終處于平衡狀態(tài)，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。直流微網(wǎng)系統(tǒng)中能量供需是否平衡是由直流母線的穩(wěn)定性反映的，穩(wěn)定直流母線是系統(tǒng)能量控制的主要環(huán)節(jié)，因此如何結(jié)合控制直流母線電壓穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)能量管理與控制是微網(wǎng)系統(tǒng)能量管理與控制研究的主要內(nèi)容?；谝陨纤悸费芯吭O(shè)計(jì)的風(fēng)光柴蓄微網(wǎng)能量管理與控制系統(tǒng)模型。風(fēng)光柴蓄能量管理與控制系統(tǒng)是控制風(fēng)、光、柴、蓄能量流動的中心，它一般情況下的工作流程為：首先采集風(fēng)機(jī)、光伏電池、柴油發(fā)電機(jī)、蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，然后根據(jù)能量管理策略判斷系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)而輸出優(yōu)化微源運(yùn)行狀態(tài)的控制信號，通過直流母線下垂控制判斷最佳時(shí)機(jī)輸出微源控制信號，優(yōu)化微源運(yùn)行狀態(tài)，使系統(tǒng)能量平衡，保障哨所電力需求。這其中能量管理策略是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，是系統(tǒng)穩(wěn)定、持續(xù)運(yùn)行的重要保證，由此根據(jù)能量平衡的原理結(jié)合實(shí)際供電需求設(shè)計(jì)了基于優(yōu)先級模型的能量智能化控制策略。

3 基于優(yōu)先級模型的微網(wǎng)系統(tǒng)智能化控制策略

3.1 能量平衡模型

在微網(wǎng)系統(tǒng)中能量供需平衡可用式（3-1）表示

其中是m個(gè)電源輸出功率是n個(gè)儲能單元吸收或輸出的

功率，是K個(gè)負(fù)載吸收功率。

在風(fēng)光柴蓄微網(wǎng)供電系統(tǒng)中，能量平衡可以寫成

式3-2和3-3分別是蓄電池供電和充電對應(yīng)的功率平衡公式，其中PPV為光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率，PW為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率，PB為蓄電池輸出功率，PBC為蓄電池充電功率，PG為柴油發(fā)電機(jī)輸出功率，PL為負(fù)載吸收功率。

3.2 微源供電優(yōu)先級模型

在微網(wǎng)系統(tǒng)中包括多個(gè)電源及儲能裝置，首先根據(jù)環(huán)境、資源等因素確定其供電的優(yōu)先級，系統(tǒng)根據(jù)供電單元優(yōu)先級對電源和儲能單元進(jìn)行投切控制。邊防哨所遠(yuǎn)離電網(wǎng)，存在油料運(yùn)輸保障成本高，難度大問題且分布式資源豐富，為提高分布式能源利用率，減少柴油發(fā)電機(jī)使用建立了微網(wǎng)供電優(yōu)先級模型如圖3-1所示。

首先設(shè)定N個(gè)分布式電源的優(yōu)先級1-N，并設(shè)定蓄電池供電優(yōu)先級低于分布式電源，柴油發(fā)電機(jī)優(yōu)先級最低，儲能元件吸收功率的優(yōu)先級低于負(fù)載吸收功率優(yōu)先級。其中Pn為優(yōu)先級為n分布式電源輸出功率。根據(jù)優(yōu)先級的設(shè)定，系統(tǒng)按優(yōu)先級從高到低依次接入分布式電源、蓄電池及柴油發(fā)電機(jī)。

由上述模型的控制流程可以看出微網(wǎng)供電優(yōu)先級模型通過系統(tǒng)單元狀態(tài)的變化實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)狀態(tài)使系統(tǒng)由一個(gè)平衡快速達(dá)到另一個(gè)平衡，保證了功率供需平衡，也就是達(dá)到了對能量的管理與控制?？刂颇Ｐ椭蟹植际诫娫吹臄?shù)量可以根據(jù)實(shí)際情況而定，PG一般是柴油發(fā)電機(jī)組或者電網(wǎng)，蓄電池也可以換成其他儲能方式，這就使系統(tǒng)具有可拓展性。

3.3 風(fēng)光柴蓄系統(tǒng)能量管理策略

根據(jù)微源供電優(yōu)先級模型，把風(fēng)光柴蓄微網(wǎng)供電系統(tǒng)拆分為三部分，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)是分布式電源，蓄電池是儲能單元，柴油發(fā)生機(jī)作為備用電源，設(shè)定風(fēng)力發(fā)電優(yōu)先級為1，光伏發(fā)電優(yōu)先級為2，即P1=PW、P2=PPV。

系統(tǒng)工作時(shí)，首先檢測系統(tǒng)各單元參數(shù)計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電池、蓄電池輸出功率和充電功率、以及蓄電池荷電狀態(tài)SOC，根據(jù)負(fù)荷功率需求按優(yōu)先級依次切入風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)，蓄電池供電系統(tǒng)以及柴油發(fā)電機(jī)，最大化的使用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的能量和光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量，只要系統(tǒng)剩余功率滿足蓄電池最低充電功率就給蓄電池進(jìn)行充電，蓄電池充滿電時(shí)可以單獨(dú)供電滿足負(fù)載最大功率需求，柴油發(fā)電機(jī)單獨(dú)供電能滿足負(fù)載功率供電及蓄電池充電功率。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)總是處于平衡狀態(tài)或由一個(gè)平衡向另一個(gè)平衡轉(zhuǎn)化的狀態(tài)。

風(fēng)光柴蓄微網(wǎng)供電系統(tǒng)的智能化能量管控系統(tǒng)能控制按優(yōu)先級切入電源、儲能電源，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)先級高的電源優(yōu)先輸出，使系統(tǒng)始終處于功率平衡狀態(tài);能夠使蓄電池根據(jù)剩余功率的變化進(jìn)行充電，充分利用了優(yōu)先級高的電源，減少柴油機(jī)的啟動，提高分布式電源的利用率;通過對能量智能化管控，在無人值守情況下智能化控制系統(tǒng)能夠使供電系統(tǒng)始終保持功率平衡，并且多微源供電提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，最大化利用風(fēng)分布式能源發(fā)電降低了油料使用，減小了哨所后勤保障壓力，滿足了邊海防部隊(duì)哨所的用電需求。

參考文獻(xiàn)

[1]趙錦成，解璞.混合能源互補(bǔ)供電在武器裝備中應(yīng)用研究[J].電網(wǎng)與清潔能源，2012（3）：53-59.

[2]朱蘭，嚴(yán)正，楊秀等.風(fēng)光儲微網(wǎng)系統(tǒng)蓄電池容量優(yōu)化配置方法研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012，（12）：26-31.

作者簡介

胡文雷，中國人民解放軍陸軍邊海防學(xué)院工程基礎(chǔ)系，助教，研究方向：供電技術(shù)。