一种混合储能在风光互补微网中的控制方法与流程

本发明涉及一种风光互补微网，尤其涉及一种混合储能在风光互补微网中的控制方法。

背景技术：

随着传统能源的日益匮乏和环境污染的日趋严重，绿色新能源受到了越来越多的关注。而风能与太阳能，作为两种使用较普遍的绿色新能源，具有能源充足，分布广泛，环保清洁等特点。为了弥补两种能源在季节与气候方面的缺陷，利用风光互补系统，针对两者天然的互补性和时空上的匹配性，将两者相结合，提高了系统的稳定性与实用性，提高了对于新能源的利用性。微网作为风能、太阳能等分布式能源的高级结构形式，可以将分布式能源、负荷、储能进行有效的结合。它能够与大电网并网运行，又支持离网孤岛运行，可以将分布式能源的价值充分挖掘，带给社会足够效益。

储能系统作为风光互补微网必要的能量缓冲环节，不仅可以解决微网惯性小、抗干扰能力弱等弊端，还可以削弱风能、太阳能等分布式能源的间歇性对系统的影响，从而提高微网的稳定性与可调控性。就常用的储能装置来看，蓄电池能量密度大，功率密度小是典型的能量型储能介质；超级电容器具有功率密度大、循环寿命长、能量密度小、响应速度快等特点，是典型的功率型储能介质。可见，单一的储能装置无法同时满足功率与能量两方面的要求。

技术实现要素：

为了克服风电和光伏发电中互补控制存在的难题，本发明提出一种混合储能在风光互补微网中的控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提出了一种应用于风光互补微网系统的超级电容器蓄电池混合储能结构，并对于该储能单元的控制问题进行研究，提出了基于功率外环加电流内环控制的VSC控制策略以及基于滑动平均滤波器的DC/DC控制策略。

混合储能在风光互补微网中的控制方法包括储能单元VSC控制、蓄电池储能单元控制和超级电容器储能单元控制三个部分。

所述储能单元VSC控制采用功率外环加电流内环控制，提高了调节过程的效率与稳定性，同时实现无差控制。

所述蓄电池储能单元控制使得蓄电池用于承担发电系统与负载不匹配的低频能量。

所述超级电容器储能单元控制使得超级电容承担发电系统与耗能系统之间的不匹配的高频能量。

本发明的有益效果是：本发明结合了蓄电池及超级电容器两种储能技术的优势的混合储能单元于微网中的应用，可以很好地提高微网的可靠性，缓解了电量供需的不平衡情况，提高了电能质量与系统的稳定性和灵活性。同时由于超级电容器的加入分担了波动频繁部分的电量，减少了蓄电池充放电循环次数，延长了蓄电池的寿命，从而提高了系统的经济性。

附图说明

图1为微电网系统图。

图2为储能结构单元图。

图3为储能单元综合控制框图。

图4为VSC控制结构图。

具体实施方式

图1中，组成部分为：异步风力发电单元(主要由风轮机、传动装置、异步发电机和桨距控制系统组成)、光伏单元(主要由光伏阵列、BOOST 电路、LC 滤波器及其控制系统组成)、储能单元(由超级电容器与蓄电池构成混合储能系统)及负荷。同时，微网在公共连接点处通过静态开关连接于配电网。

图2中，中混合储能系统采用的双极式变流器结构，此双极式变流器电路由前级DC/DC 变换器与后级DC/AC 变换器组成。其中DC/DC 变换器允许能量的双向流动，通过PWM 进行控制，充电时工作于降压模式，放电时工作于升压模式；DC/AC 变换器为三相电源型双向变流器VSC，并经过LCL 滤波器连接负载。L_f为滤波电感，C_f为滤波电容，R_f为滤波电阻，U_dc为直流母线电压，U_sc为超级电容器电压，U_bat为蓄电池电压，u_a、u_b、u_c为滤波电容三相电压，i_a、i_b、i_c为滤波电感三相电流。

图3中，使用瞬时功率计算模块通过测得的滤波电容三相电压u_a、u_b、u_c与滤波电感三相电流i_a、i_b、i_c计算出储能单元的瞬时功率，并且通过低通滤波器LPF计算出有功功率P_m、Q_m。由微网EMS(Energy Management System，即电能管理系统)对各单元进行运行控制与调度，发出指令功率P_ref、Q_ref，与输入到功率外环控制器的P_m、Q_m进行比较。图4中，由PI控制器得到dq坐标系下的参考电流与测量得到的电流值i_d、i_q进行比较，并且通过对应的PI控制器实现无静差控制。从电流内环输出的信号通过dq-αβ变换后，再通过SPWM得到逆变器的控制信号S_a、S_b、S_c。

为了避免高深度发电给蓄电池带来的损伤，延长蓄电池的寿命，在混合储能系统中，蓄电池主要用于承担发电系统与负载不匹配的低频能量，蓄电池通过DC/DC变换器与直流母线相连。通过计算参考功率与实际测量电压所得计算电流，即电感电流参考值。该电流可以通过滑模变结构控制器对变换器的开关信号进行控制，从而达到控制变化器的目的。

为了弥补单一蓄电池储能的不足，延长蓄电池寿命，提高系统的稳定性，充分利用超级电容器在混合储能系统中发挥的作用，根据其自身特性，使其承担发电系统与耗能系统之间的不匹配的高频能量。超级电容器与蓄电池一样通过DC/DC变换器与直流母线相连，通过参考功率与实际电压得到计算电流，即电流参考值，并且将其与实际电流的差值经PID控制器后，与特定值的重复序列进行比较运算，从而得到开关量，对开关管进行驱动，达到控制变换器通断的目的。