分布式新能源發(fā)電中儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理分析

侯鵬

摘 ?要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的提升，太陽(yáng)能、風(fēng)能等新型能源應(yīng)運(yùn)而生，而且發(fā)展十分迅猛，對(duì)于分布式發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要求系統(tǒng)具備孤單運(yùn)行能力，為本地負(fù)載提供持續(xù)不斷的電能。此外，為了降低太陽(yáng)能、風(fēng)能對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的沖擊，其中儲(chǔ)能系統(tǒng)是不可或缺的重要組成。本文針對(duì)分布式新能源發(fā)電中儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：分布式新能源發(fā)電;儲(chǔ)能系統(tǒng);能量管理

一、交直流母線(xiàn)混合型分布式發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)概述

本文所提及的分布式新能源發(fā)電系統(tǒng)采用的是交直流母線(xiàn)混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)，其通過(guò)風(fēng)能和太陽(yáng)能這兩種新能源進(jìn)行發(fā)電，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。一般情況下，風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電都處于最大功率點(diǎn)的跟蹤狀態(tài)[1]。但是因風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電極易受到天氣等因素的影響，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的輸出功率不穩(wěn)定。所以為了保證該系統(tǒng)能夠在孤島條件下處于長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，本文采用蓄電池及超級(jí)電容作為系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置，并根據(jù)這兩種儲(chǔ)能裝置的自身特點(diǎn)及剩余容量等情況制定不同的控制策略，以實(shí)現(xiàn)對(duì)能量的有效控制。

二、儲(chǔ)能系統(tǒng)工作模式

在本儲(chǔ)能系統(tǒng)中，蓄電池和超級(jí)電容這兩種儲(chǔ)能裝置的剩余容量是系統(tǒng)進(jìn)行能量管理的關(guān)鍵依據(jù)。根據(jù)蓄電池和超級(jí)電容的特點(diǎn)，對(duì)儲(chǔ)能裝置的不同狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定。針對(duì)蓄電池而言，將蓄電池的剩余容量為30%以下作為低容量狀態(tài)，30%～90%之間作為正常狀態(tài)，而90%以上則為高容量狀態(tài);而針對(duì)超級(jí)電容而言，將剩余容量在20%以下作為低容量狀態(tài)，20%～90%之間作為正常狀態(tài)，而90%以上作為高容量狀態(tài)。

基于上述對(duì)儲(chǔ)能裝置不同工作狀態(tài)的劃分，能夠?qū)?chǔ)能系統(tǒng)的工作模式劃分為9種，且每種工作模式所對(duì)應(yīng)一種不同的控制策略。在分布式發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，需要依照不同的狀態(tài)采用不同的控制策略。為了對(duì)這些工作模式進(jìn)行更便捷的區(qū)分，可將這些工作模式大體上分為四類(lèi)，分別是均正常模式、蓄電池異常模式、超級(jí)電容異常模式、均異常模式。

三、不同工作模式的能量管理策略

針對(duì)分布式新能源發(fā)電的儲(chǔ)能系統(tǒng)而言，利用恒流控制對(duì)系統(tǒng)中的雙向DC-DC變流器進(jìn)行控制操作，從而使儲(chǔ)能系統(tǒng)可以依照相應(yīng)的要求輸出功率，并確保蓄電池的輸出功率和超級(jí)電容的輸出功率保持一致。以下對(duì)上述四種工作模式下的能量管理策略進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

3.1均正常模式下的能量管理策略

該模式是分布式新能源發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)最為常見(jiàn)的一種工作模式，在該工作模式中，蓄電池及超級(jí)電容這兩個(gè)儲(chǔ)能裝置中的剩余容量均處于正常狀態(tài)。但是因系統(tǒng)所采用的風(fēng)能發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電都存有間歇性的特性，所以在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，較容易出現(xiàn)本地載荷突發(fā)性增加或減少的情況，而這種情況的出現(xiàn)就會(huì)造成系統(tǒng)中的輸出功率出現(xiàn)高頻波動(dòng)。與此同時(shí)，因蓄電池裝置的充放電過(guò)程需要較長(zhǎng)的時(shí)間，無(wú)法對(duì)這種高頻波動(dòng)進(jìn)行及時(shí)的控制，由此需要利用超級(jí)電容對(duì)這部分波動(dòng)的功率進(jìn)行控制，詳細(xì)的能量管理策略如圖2所示。

此外，在分布式發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)處于并網(wǎng)狀態(tài)或在孤島條件下運(yùn)行的過(guò)程中，同樣能夠采用上述的能量管理策略對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)中的功率進(jìn)行合理的分配，依照實(shí)際情況產(chǎn)生出所需的功率。并可以通過(guò)對(duì)增益K的有效調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池和超級(jí)電容這兩個(gè)儲(chǔ)能裝置輸出功率的分配。例如在超級(jí)電容的剩余容量較大時(shí)，可以提高增益K，以此使超級(jí)電容來(lái)承擔(dān)更多的功率輸出。

3.2蓄電池異常模式下的能量管理策略

針對(duì)蓄電池異常模式而言，其異常情況主要體現(xiàn)為：蓄電池儲(chǔ)能裝置的剩余容量較低或較高，超級(jí)電容裝置的剩余容量則處于正常狀態(tài)。在這種情況下，會(huì)降低整體電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性，需在最短的時(shí)間內(nèi)使系統(tǒng)恢復(fù)到正常的工作模式。同時(shí)，在分布式發(fā)電中的儲(chǔ)能系統(tǒng)處于并網(wǎng)狀態(tài)時(shí)，其運(yùn)行狀態(tài)同蓄電池電容異常模式較為相近，需要利用內(nèi)外電網(wǎng)交換能量的方式來(lái)恢復(fù)蓄電池裝置的剩余容量。

在這一過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的功率沖擊，但是影響并不顯著。此外，儲(chǔ)能系統(tǒng)在孤島條件下運(yùn)行時(shí)，因超級(jí)電容裝置的能量存儲(chǔ)能力有限，無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)能量傳遞來(lái)使蓄電池裝置恢復(fù)到正常狀態(tài)。對(duì)于這種情況只能通過(guò)超級(jí)電容來(lái)維持能量的傳遞，直至并網(wǎng)成功后再將蓄電池裝置充電到正常的運(yùn)行狀態(tài)。

3.3超級(jí)電容異常模式下的能量管理策略

針對(duì)超級(jí)電容異常模式而言，其異常情況主要體現(xiàn)為：蓄電池儲(chǔ)能裝置的剩余容量正常，但是超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置的剩余容量則出現(xiàn)較低或較高的異常情況。在這種情況下，分布式發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)的吸收和釋放高頻功率的性能會(huì)出現(xiàn)降低，甚至?xí)斐上到y(tǒng)的相應(yīng)能力喪失。需在最短的時(shí)間內(nèi)使系統(tǒng)恢復(fù)到正常的工作模式。同時(shí)，在分布式發(fā)電中的儲(chǔ)能系統(tǒng)處于并網(wǎng)狀態(tài)時(shí)，可以將外部電網(wǎng)看作為一個(gè)無(wú)窮大的電網(wǎng)連接，由此超級(jí)電容則能通過(guò)能量傳遞將自身超出的能量傳遞至外部電網(wǎng)，進(jìn)而使自身恢復(fù)到正常狀態(tài)。此外，儲(chǔ)能系統(tǒng)在孤島條件下運(yùn)行時(shí)，因缺少外部電網(wǎng)的輔助支持，所以必須保證儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)刻處于功率平衡的狀態(tài)，由此需要利用超級(jí)電容來(lái)提高系統(tǒng)的響應(yīng)能力。并且為了提高分布式新能源發(fā)電輸出功率的穩(wěn)定性，還應(yīng)加強(qiáng)蓄電池和超級(jí)電容這兩個(gè)儲(chǔ)能裝置間的能量傳遞，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)能量有效管理。

3.4均異常模式下的能量管理策略

針對(duì)均異常模式的能量管理策略而言，需要對(duì)上述兩種異常模式進(jìn)行綜合考慮，通過(guò)直流母線(xiàn)的互相均衡，來(lái)使異常模式轉(zhuǎn)變?yōu)樯鲜龅哪硞€(gè)模式，由此再采取相應(yīng)的管理策略對(duì)其進(jìn)行控制。對(duì)于均異常模式下的能量管理策略而言，可以分為兩種：一是超級(jí)電容和蓄電池剩余容量均過(guò)高的情況，這時(shí)要在孤島運(yùn)行時(shí)，對(duì)其輸出功率進(jìn)行控制;而針對(duì)超級(jí)電容和蓄電池剩余容量均過(guò)低的情況而言，要切除不必要的負(fù)載來(lái)維持敏感負(fù)荷的正常，以保證發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文將由蓄電池和超級(jí)電容共同組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)依照剩余容量的不同劃分為多種工作模式，并結(jié)合蓄電池和超級(jí)電容這兩種儲(chǔ)能裝置的特點(diǎn)，制定出針對(duì)性的能量管理策略，以此實(shí)現(xiàn)分布式新能源發(fā)電系統(tǒng)中的功率平衡，盡可能減少系統(tǒng)內(nèi)部功率波動(dòng)對(duì)外部電網(wǎng)造成的沖擊影響，保證分布式發(fā)電系統(tǒng)在孤島條件下的平穩(wěn)運(yùn)行，有效實(shí)現(xiàn)了混合型儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理，大大提高了儲(chǔ)能系統(tǒng)能量管理的有效性。

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