光伏發電系統混合儲能控制分析范文

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光伏發電系統具有不確定性和間歇性等特點，在當中添加儲能裝置能夠穩定系統輸出功率，從而降低對電網和敏感負荷的沖擊。系統發電時，輸出功率的波動及負載突變，會直接引起直流母線電壓的不穩定，從而使供電的電能質量受到影響。因此，合理控制混合儲能系統，既有利于保持光伏發電系統瞬時功率的平衡，也有利于維持直流母線電壓的穩定。

1基于混合儲能的光伏發電系統結構

帶有并利用混合儲能系統裝置進行功率匹配的并網光伏發電系統結構如圖1所示。此發電系統的結構原理是將儲能單元和光伏發電單元的接口變換器并聯于直流母線，再通過逆變器經靜態開關與配電網相連接。光伏板利用單向Boost變換器把輸出電壓抬升至直流母線需要的電壓，與此同時，實現最大功率點跟蹤（maximumpowerpointtracking,MPPT）控制。混合儲能系統分別利用兩電平雙向Buck/BoostDC/DC變換器能量的雙向流動。變換器既能夠工作于逆變狀態，又可以實現從直流側到交流側的能量傳遞，同樣也能在整流狀態中運行，為蓄電池和超級電容器進行充電，或為直流側直流負載供電。中心控制器和底層控制器共同構成的控制電路作為STM32微控制器的核心，采用分層系統能量來進行調度和優化管理。中心控制器是通過總線和底層的各個控制器來進行通信的，從而在整體上實現調度和管理的作用。各個底層控制器依據中心控制器的命令，輸出對應的控制信號，進而維持系統功率的平衡。中心控制器是通過與總線和底層的各個控制器進行通信來實現整體上的管理調度作用。各個底層的控制器都根據中心控制器發出的命令，再輸出對應的控制信號，以此來維持系統功率的平衡。

2光伏系統中的并網發電

2.1并網發電中的最大功率跟蹤光伏電源既不是恒流源，也不是恒壓源，伏電池P-U特性的dP／dU變化特征如圖2所示。由圖2可看出，在一定的光照與溫度條件下，電壓Vm時的功率最大，并且當光照和溫度發生變化時，最大功率點也隨之發生改變。為了提高光伏利用率，發電功率應一直處于最大值，并由MPPT進行控制。

2.2并網發電中的并網逆變并網功率的輸出應根據計劃進行，一般要求電流的諧波小、波形好，功率因數最好是1，因此逆變器需要根據給定的功率參考值進行并網控制。逆變器控制框圖如圖3所示，將采集到的電網側三相交流電流變換為id、iq，再分別將其與出力參考值作差，因僅輸出有功，故iq=0；得到的差值經PI調節后進行解耦控制，最后把得到的ud、ud與網側電壓相角θ一同輸人矢量變換，利用變換后的輸出值進行空間矢量脈寬調制(SVPWM)，從而產生6路脈沖，最終使逆變并網控制得以實現。

3混合儲能系統的控制原理

制定調度與管理混合儲能能量的原則，應考慮到儲能器件特性和運行成本，即優先對功率密度大的超級電容器進行充放電，且為能及時平滑功率，超級電容器要承擔高頻波動的功率；盡量減少蓄電池的充放電次數，長期波動的低頻功率由能量密度大的蓄電池來承擔，與此同時，當超級電容器的荷電狀態達到極限時，應對其給予充放電的功率支持。混合儲能系統是采用Buck—Boost型雙向DC—DC變換器來實現各個儲能器件與直流母線的分項連接。

儲能系統在進行充電時，變換器工作處于Buck模式；而放電時，變換器工作處于Boost模式。按照混合儲能系統三級功率的分配策略，混合儲能系統中超級電容器和蓄電池的功率參考值Pb和Pc由功率分配單元器件來提供。蓄電池的充放電控制框圖如圖4所示。蓄電池僅需按照給定的功率參考值Pb來運行即可，控制方法較簡單且方便操作。Pb值除以蓄電池端口檢測到的電壓值，得到變換器的電感電流參考值I‘L，該參考值與實際反饋的電感電流所作的差值在經過PI補償后，作為PWM信號輸入系統，從而產生變換器脈沖調制。超級電容器變換器控制一般采用電壓外環電流內環并帶有電感電流前饋的方式。

超級電容器既需要按功率分配器件單元給定的功率參考值Pc進行充放電，同時也需要穩定的直流母線電壓，以保證為直流母線隨機功率提供足夠的能量。給定的參考電壓值U’DC與實際檢測到的直流母線電壓值作差，經PI補償后輸出電感電流參考值I’L。給定功率參考值Pc除以實際檢測到的超級電容器端口電感電流值I”L作為前饋值，同值I’L相加后與電感電流值IL作差，再經過PI補償后輸入PWM，以此產生變換器的調制脈沖。混合儲能系統采用這種控制方法可以實現根據三級式功率的分配策略來對充放電功率進行分配與控制，在滿足系統并網功率的同時，穩定住直流母線的電壓，從而確保隨機負荷的供電需求。

4結束語

混合儲能單元裝置對光伏發電系統起到重要作用。混合儲能裝置既有利于穩定系統的輸出功率，也可降低對電網和敏感負荷的沖擊。因此，對混合儲能系統提出合理的運行方案和控制策略，可以有效保證光伏發電系統的安全運行，并能大幅度提升儲能單元器件的利用效率，從而實現更高的經濟實用價值。

作者：朱瑞 李保鵬 單位：新疆希望電子有限公司