光伏直流微電網(wǎng)超級電容儲能控制策略分析

蔣軍勝

摘 要 光伏直流微電網(wǎng)的工作模式主要包括離網(wǎng)模式和并網(wǎng)模式，在離網(wǎng)模式當中，改變負荷和電源功率之后，母線電壓會產(chǎn)生較大的波動。在并網(wǎng)模式當中會產(chǎn)生低次諧波，導致并網(wǎng)電流發(fā)生脈動，降低了電能質量。本文提出了光伏直流微電網(wǎng)超級電容儲能控制策略，保障電能質量。

關鍵詞 光伏直流微電網(wǎng);超級電容;儲能控制策略

微電網(wǎng)有機整合了負荷和儲能裝置以及變流器等裝置，這是一種小型的發(fā)配電系統(tǒng)。連接微電網(wǎng)和配電網(wǎng)，控制微電網(wǎng)運行過程，落實能量管理工作，可以保障并網(wǎng)和離網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。但在微電網(wǎng)存在波動性，影響到供電質量。本文提出了光伏直流微電網(wǎng)超級電容儲能控制策略，可穩(wěn)定的供電。

1光伏直流微電網(wǎng)超級電容儲能概述

為了利用分布式電源，實現(xiàn)供電工作的可靠性，保障電能質量?？赏ㄟ^建立微電網(wǎng)模型，控制儲能系統(tǒng)和分布式電源，仿真分析并網(wǎng)運行狀態(tài)和離網(wǎng)運行狀態(tài)，總結分析得出相應運行結果。

在運行階段如果發(fā)生了隨機性問題，沒有提出針對性的解決方案，電能質量將會受到影響。對微電網(wǎng)孤島模式構建模型，通過分段控制電壓，穩(wěn)定母線電壓。但在系統(tǒng)高功率情況下如發(fā)生突變問題，將會大幅度改變母線電壓，影響到系統(tǒng)穩(wěn)定性。在直流微電網(wǎng)光伏功率中，提出功率自主平衡措施，根據(jù)實際情況切換工作模式，可避免功率大幅度的波動以及發(fā)生低次諧波影響并網(wǎng)運行系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1]。

光伏直流微電網(wǎng)在極短時間內(nèi)會改變系統(tǒng)功率，可利用超級電容作為儲能裝置，超級電容的充放電工作比較快，同時具有較大的功率密度，在離網(wǎng)運行狀態(tài)中，可在雙閉環(huán)控制階段，控制微分控制電壓功率，動態(tài)響應微電網(wǎng)電能供給工作的變動情況。在并網(wǎng)模式中，提出電流補償控制策略，檢測輸出電流的脈動，抑制低次諧波，使微電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)運行的穩(wěn)定性得到提高。

2光伏直流微電網(wǎng)超級電容儲能控制策略

2.1 離網(wǎng)運行超級電容控制方案

直流側功率和電壓之間具有非線性關系，在暫態(tài)情況當中，利用傳統(tǒng)的閉環(huán)控制方式，不僅無法快速調(diào)節(jié)母線電壓，還會提高直流母線電壓的波動幅度。通過超級電容調(diào)節(jié)直流母線的低壓波動，利用直流母線功率微分控制方式，實時反饋直流母線功率，利用超級電容動態(tài)響應直流母線的電壓[2]。

2.2 并網(wǎng)運行超級電容控制措施

在并網(wǎng)運行狀態(tài)當中，如果光伏電池板組件和負荷功率發(fā)生改變，將會改變電網(wǎng)電流參考值。如果微電網(wǎng)中分布式電源具有穩(wěn)定性，可以保障系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。如果微電網(wǎng)出現(xiàn)非線性負載問題，發(fā)生低次諧波之后，電網(wǎng)電流發(fā)生脈沖，電能質量會受到影響。而超級電容充放電工作比較快，可快速動態(tài)的響應電流控制環(huán)，因此可利用超級電容電流控制環(huán)，補償并網(wǎng)狀態(tài)中的脈動。為此實施中需設計分析超級電容電流控制器，完善超級電容并網(wǎng)控制環(huán)策略。

3實驗分析

通過搭建直流微電網(wǎng)的控制系統(tǒng)該實驗模型分析，在初始階段超級電容進行充電，可以吸收剩余功率，根據(jù)下圖可知，超級電容在在2s之后會突增負載功率，超級電容也因此轉變?yōu)榉烹娔Ｊ剑峁╊~外功率的負載。在3s階段會突降負載功率，超級電容轉變?yōu)槌潆娔Ｊ剑谶@一階段吸收額外的功率。在4.5s階段，開始降低光照強度，如果光伏輸入功率在負載消耗功率以上，可以繼續(xù)為超級電容充電，高效吸收多余的功率。

系統(tǒng)輸入輸出功率波形利用傳統(tǒng)控制方案，母線電壓波動在10%以上，需要0.5s的時間恢復額定電壓值，利用超級電容控制方案，可以控制直流母線電壓波動在5%以內(nèi)，只需利用0.2s時間恢復額定電壓值，可保障微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此利用超級電容儲能控制方式，可以達到良好的暫態(tài)響應，可快速調(diào)節(jié)直流母線電壓，獲取平滑的電壓波形，減少波動范圍[3]。

在4s時間段突然輸入功率，利用傳統(tǒng)并網(wǎng)控制方式，如果輸入功率發(fā)生突發(fā)，將會振蕩三相電流，需要較長的時間恢復穩(wěn)定工作狀態(tài)。利用超級電容補償控制方式，需0.3s便可恢復并網(wǎng)三相電流的穩(wěn)定性，同時可以更加平滑的切換兩種工作狀態(tài)，不會發(fā)生波形畸變問題。

利用傳統(tǒng)控制方案，穩(wěn)態(tài)電流中會較多的高頻脈動成分，在4s之后發(fā)生功率變動過程，導致電流波形發(fā)生畸變問題。利用超級電容補償控制方式，可以有效抑制輸出電流的脈動，獲取正弦波，在暫態(tài)中，如果獲取率電流正弦波，并且電流沒有發(fā)生畸變，可以平滑地過渡兩種工作狀態(tài)。

4結束語

本文提出了光伏直流微電網(wǎng)超級電容儲能控制策略，利用超級電容可以快速調(diào)節(jié)光伏直流微電網(wǎng)，提升整體供電質量。利用超級電容儲能控制方案，在離網(wǎng)狀態(tài)當中，將功率微分控制方案加入到傳統(tǒng)電壓電流雙閉環(huán)控制工作中，利用超級電容動態(tài)響應直流母線的電壓。在并網(wǎng)運行狀態(tài)當中，利用并網(wǎng)電流脈沖補償控制措施，有效控制并網(wǎng)電流的脈動問題，高質量的傳輸電能。在離網(wǎng)狀態(tài)當中，利用超級電容儲能控制方案，可以降低直流母線的電壓波動，提高調(diào)解工作的速度。在并網(wǎng)運行狀態(tài)當中，補償系統(tǒng)分量可以有效控制并網(wǎng)脈動情況，平滑的過渡工作狀態(tài)，有效控制低次諧波問題，使并網(wǎng)電能質量因此提高。

參考文獻

[1] 陶海波，楊曉峰，李澤杰，等.電能路由器中基于MMC的超級電容儲能系統(tǒng)及其改進SOC均衡控制策略[J].電網(wǎng)技術，2019，43（11）：3970-3978.

[2] 張超，陳永強，鮑曉婷，等.基于超級電容儲能系統(tǒng)的不對稱故障下PMSG控制策略研究[J/OL].電源學報，2020-08-17.

[3] 孫誼媊，南東亮，張公生.含超級電容儲能的直驅永磁風電機組高電壓穿越控制策略[J].電氣傳動，2018，48（10）：48-52，84.