分布式新能源發(fā)電中儲能系統(tǒng)能量管理

丁一

摘要：隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的持續(xù)推進，新能源產(chǎn)業(yè)逐漸替代傳統(tǒng)不可再生能源成為我國各大產(chǎn)業(yè)中的主要能源輸出。在利用新能源發(fā)電領(lǐng)域中，如何對分布式發(fā)電和能源儲存系統(tǒng)進行合理、有效的管理，以保證整個發(fā)電系統(tǒng)各項組成部分的功率平衡及發(fā)揮超級電容和蓄電池的特點，是現(xiàn)階段相關(guān)科研部門亟需解決的問題?；诖?，本文針對幾種不同的模式分類展開討論，通過采取相應(yīng)的控制對策，來實現(xiàn)分布式發(fā)電中儲能系統(tǒng)中能源管理的最優(yōu)化。

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

Abstract： With the continuous advancement of my country's sustainable development strategy， new energy industries have gradually replaced traditional non-renewable energy sources as the main energy output in my country's major industries. In the field of power generation using new energy， how to manage the distributed power generation and energy storage system reasonably and effectively to ensure the power balance of the various components of the entire power generation system and the characteristics of super capacitors and batteries are relevant scientific research at this stage. Problems that need to be solved urgently by the department. Based on this， this article discusses the classification of several different modes and adopts corresponding control strategies to realize the optimization of energy management in the energy storage system in distributed power generation.

Keywords： new energy power generation; distributed; energy storage system; energy management

新能源的發(fā)展符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的統(tǒng)籌規(guī)劃，也符合我國對能源儲備與消耗的長遠預(yù)期，更是未來能源發(fā)展的必然趨勢。近年來，我國對于新能源的發(fā)展和重視程度逐漸增加，類似太陽能、海洋能、風(fēng)能等新能源的迅速發(fā)展也為電力產(chǎn)業(yè)帶來了新的基礎(chǔ)能源。在分布式新能源發(fā)電系統(tǒng)中，為了保證發(fā)電系統(tǒng)能夠在獨立的孤島條件下為本地負載提供持續(xù)、穩(wěn)定的電能輸出以及外部電網(wǎng)不受到發(fā)電系統(tǒng)輸出功率較大程度的波動影響，儲能系統(tǒng)作為整個新能源發(fā)電系統(tǒng)中十分重要的一環(huán)，其作用是其他系統(tǒng)無可替代的。從理想化角度分析，符合人類期望值的儲能系統(tǒng)需具備密度大、響應(yīng)時間短、生產(chǎn)成本低、維護保養(yǎng)簡單、使用壽命久的特點，但目前還沒有相關(guān)儲能設(shè)備能夠符合以上條件。蓄電池作為常用的電量儲存的設(shè)備，具有存儲空間大、采購成本低、維修成本低等特點，現(xiàn)階段已在許多行業(yè)中廣泛應(yīng)用，但由于缺乏智能充放電管理和系統(tǒng)響應(yīng)速度遲緩等特點，經(jīng)相關(guān)研究部門試驗不具備作為分布式發(fā)電系統(tǒng)中的儲能設(shè)備。超級電容在充放電管理和系統(tǒng)響應(yīng)速度等方面較為智能，可能有效彌補蓄電池在這幾方面的明顯不足，因此，研究人員決定通過將超級電容與蓄電池結(jié)合形成一個整體儲能系統(tǒng)，通過能量管理系統(tǒng)的控制與電力電子變流器的變流，使蓄電池和超級電容在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)揮各自具有的優(yōu)勢，從而保證分布式發(fā)電系統(tǒng)的可行性和持續(xù)發(fā)展。

1 儲能系統(tǒng)工作模式

在分布式發(fā)電系統(tǒng)中，電能儲存器和超級電容的各項性能是決定能源系統(tǒng)是否能保持穩(wěn)定運行的重要參數(shù)。在測量超級電容器電壓時，通過測量與其成正相關(guān)的單電壓值的平方來測得超級電容的余量，但由于電壓余量與單電壓無法用相關(guān)函數(shù)關(guān)系表示出來，因此需要對單電壓值進行單獨測量。在測量過程中，相關(guān)研究人員通過采用卡爾曼濾波和集成系統(tǒng)參數(shù)的方法來簡介對蓄電池SOC的參數(shù)進行測算。

根據(jù)相關(guān)實驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對超級電容SOC進行設(shè)定，規(guī)定電容低于20%或高于90%均不屬于正常狀態(tài);對蓄電池SOC進行設(shè)定，規(guī)定電容低于30%或高于90%均不屬于正常狀態(tài)，因此對蓄電池和超級電容的組合可以分為以下九種模式，科研人員針對每一種情況分別設(shè)定了唯一的控制策略，在系統(tǒng)實際運行過程中通過對蓄電池和超級電容SOC數(shù)值的檢測來判斷最優(yōu)策略。表1為儲能系統(tǒng)剩余容量模式。

2 不同工作模式的控制策略

為了計算發(fā)電系統(tǒng)中儲能設(shè)備對于新能源輸出與負載消耗所產(chǎn)生的功率差，以保證系統(tǒng)內(nèi)外功率保持穩(wěn)定和平衡，減少外網(wǎng)受功率變化所產(chǎn)生的影響，可以進行如下計算：

Pstorage=Pbatt+Psc=Pwinl+Psolar-Pload

上式表示為儲能系統(tǒng)吸收功率為蓄電池和超級電容吸收功率之和，也可以理解為風(fēng)機和太陽能電池發(fā)出功率與負載吸收功率之差。通過對Pwinl、Psolar和Pload數(shù)值的檢測，可以求出Pstorage的值。在Pstorage一定的情況下，可以根據(jù)蓄電池和超級電容的特點和性能合理分配蓄電池吸收的功率和超級電容吸收的功率。

為了分別得到充放電電流的參考值，可以對蓄電池和超級電容的兩端電壓進行檢測，如下式：

Ibatt-ref=Pbatt/Vbatt ? ? 或 ? Ibatt-ref=Psc/Vsc

根據(jù)Ibatt-ref和Ibatt-ref的參考值，采用恒流控制的方法保證交直流混合母線分布式發(fā)電系統(tǒng)中的雙向DC-DC變流器按照系統(tǒng)所示的要求輸出響應(yīng)的功率。圖1為交直流混合母線分布式發(fā)電系統(tǒng)。圖2為雙向DC-DC恒流控制框圖。

2.1儲能系統(tǒng)正常模式

由于SOCbatt和SOCsc均處于正常范圍內(nèi)，因此儲能系統(tǒng)正常模式（Mnn）屬于分布式發(fā)電系統(tǒng)中正常的工作模式。在風(fēng)能發(fā)電和太陽能發(fā)電過程中，風(fēng)能和太陽能具有間歇性的特點，這也就會導(dǎo)致發(fā)電系統(tǒng)中的本地負載呈間歇性波動，進而影響瞬時功率出現(xiàn)較大變化，而蓄電池的響應(yīng)靈敏度較低，無法對高頻功率波動做出及時、有效的響應(yīng)，因此需要在儲能系統(tǒng)中搭配超級電容來吸收這部分功率，但超級電容的儲能空間較小，無法長時間存儲大量電能，因此超級電容也需要搭配蓄電池來完成儲能。

2.2超級電容異常模式

在SOCsc異常模式下，SOCbatt處于正常范圍內(nèi)，但SOCsc的波動值經(jīng)常處于正常區(qū)間外，會導(dǎo)致整個儲能系統(tǒng)無法正常吸收或釋放高頻功率，一旦這種模式長期存在，會導(dǎo)致系統(tǒng)無法正確識別因天氣突然變化或負載異常所導(dǎo)致的響應(yīng)失常。因此，相關(guān)人員需要盡快研發(fā)出解決這種異常模式的解決對策，以此來保證整個系統(tǒng)更加穩(wěn)定、持續(xù)地運行[1]。

2.3蓄電池異常模式

在SOCbatt異常模式下，SOCsc處于正常范圍內(nèi)，但SOCbatt的波動值經(jīng)常處于正常區(qū)間外，將會對微電網(wǎng)系統(tǒng)的持續(xù)工作能力造成相對較為嚴重的影響。在并網(wǎng)運行時，需要將內(nèi)外部電網(wǎng)進行能量交換，以保證SOCbatt恢復(fù)到正常模式，盡管此方法會對電網(wǎng)的正常運行會造成一定的影響，但相比較其他并網(wǎng)模式此影響可以忽略不計[2]。

2.4超級電容、蓄電池均異常模式

在SOCbatt和SOCsc處于一高一低的兩種情況下，二者可以通過直流母線實現(xiàn)功率均衡，從而達到相對正常的模式。如果二者的SOC均高于正常值，需要在孤島運行時將輸出功率控制在負載吸收功率以下，儲能系統(tǒng)補充剩余輸出功率，直至二者達到正常模式。如果二者的SOC均低于正常值，需要在孤島運行時降低負擔(dān)載荷來滿足正常運行狀態(tài)，待二者恢復(fù)正常范圍后在進行并網(wǎng)連接。

結(jié)語：綜上所述，本文就分布式新能源發(fā)電系統(tǒng)中儲能系統(tǒng)能量管理方面的問題進行分析和探討，列舉出儲能系統(tǒng)剩余容量可能出現(xiàn)的4種模式，對其進行分類討論，并給出相應(yīng)策略，以實現(xiàn)新能源發(fā)電系統(tǒng)與外網(wǎng)連接時能保證持續(xù)、穩(wěn)定的電能輸出。

參考文獻：

[1]張登義.分布式電源及其并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響研究[J].科技風(fēng)，2021，{4}（17）：193-195.

[2]孫巖.區(qū)域電網(wǎng)光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)規(guī)劃的影響及分析[J].油氣田地面工程，2021，40（05）：67-69.