發(fā)布時間：2020-12-21 02:45

　　新能源發(fā)電滲透率逐漸提高,由新能源本身固有特性向電網(wǎng)引入的功率擾動不容忽視,且在高比例接入情況下對于新能源發(fā)電參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的需求越來越大,這對其系統(tǒng)功率響應性能提出了更高的要求。由蓄電池和超級電容組成的混合儲能由于具有互補的能量特性,應用于新能源發(fā)電系統(tǒng)中可以幫助提升其整體的能量處理能力。為了充分發(fā)揮儲能介質(zhì)的功率特性,針對光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應用,提出了一種應用于蓄電池-超級電容混合儲能變換器的模型預測整體控制方法。根據(jù)變換器主電路的數(shù)學模型,結(jié)合混合儲能的控制目標,設(shè)計了嵌入功率濾波器的模型預測整體控制策略。仿真結(jié)果表明提出的模型預測整體控制方法具有優(yōu)越的功率響應特性與參數(shù)魯棒性。 

【文章來源】：電力系統(tǒng)保護與控制. 2020年21期 北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

混合儲能雙向DC/DC變換器主電路

根據(jù)母線支撐與能量需求的控制目標，結(jié)合雙向DC-DC變換器的數(shù)學模型，利用式(14)和式(15)所示的目標函數(shù)即可實現(xiàn)對混合儲能變換器的整體控制[25]�；谝陨贤茖В罱K確定混合儲能變換器的整體控制方法如圖4所示。該方法在實現(xiàn)過程中未使用PID調(diào)節(jié)器，結(jié)構(gòu)簡單，避免了耗時較長的參數(shù)校正環(huán)節(jié)。第2節(jié)將通過仿真證明該方法在功率響應特性與參數(shù)魯棒性方面的優(yōu)越性。2 仿真分析

在國家政策支持與研究者的不斷努力下，新能源發(fā)電在多個領(lǐng)域得到大量應用，成為緩解能源危機，減少環(huán)境污染的有效途徑。由于新能源本身固有分散性、間歇性、易受環(huán)境因素影響等特點，多通過電力電子換流器轉(zhuǎn)換后接入電網(wǎng)。隨著浸透率的提高，新能源發(fā)電參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的需求越來越大，對其系統(tǒng)中電力電子換流器的性能提出了更高的要求。以光伏發(fā)電為例，因受光照、溫度等的影響，其產(chǎn)生的功率波動通過電力電子換流器注入電網(wǎng)，對電網(wǎng)造成一定的影響，且無法保證在電網(wǎng)調(diào)節(jié)中可靠發(fā)力。文獻[1-2]解決該問題的一個有效方法是加入儲能，以緩沖光伏與電網(wǎng)間的能量交換。目前，蓄電池和超級電容由于具有互補的能量、功率特性，其組合形成的混合儲能在電動汽車、新能源發(fā)電等領(lǐng)域得到了廣泛的應用[3-7]。蓄電池能量密度高，負責提供長時間的能量緩沖；超級電容功率密度高，適用于實現(xiàn)快速的功率響應。采用蓄電池和超級電容作為混合儲能的光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖1所示。二者互補，在雙向直流變換器的控制下，根據(jù)系統(tǒng)需求提供能量緩沖與功率響應。在很多情況下，還需提供直流母線支撐作用。例如，為了使新能源發(fā)電裝置參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)，可以對并網(wǎng)逆變器應用虛擬同步發(fā)電機(VSG)控制方法，使其具備同步發(fā)電機特性[8-11]。此時，系統(tǒng)直流母線電壓需由儲能雙向變換器支撐，且要求其能夠配合光伏部分對電網(wǎng)功率波動進行快速響應。因此，儲能雙向變換器的性能決定了儲能介質(zhì)能否有效補償光伏能量，提升發(fā)電系統(tǒng)的整體性能及參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的可靠性。在儲能雙向變換器的控制方面，典型的基于低通濾波功率分頻的雙環(huán)控制[12-14]方法如圖2所示。電壓外環(huán)負責穩(wěn)定直流母線電壓，生成內(nèi)環(huán)電流指令，經(jīng)過低通濾波器分頻后得到蓄電池和超級電容的電流參考信號，二者分別經(jīng)過比例積分微分(PID)調(diào)節(jié)器實現(xiàn)對蓄電池和超級電容的功率控制。在該方法中，電流指令反映功率需求，蓄電池提供低頻功率緩沖，超級電容進行高頻功率響應，實現(xiàn)對光伏能量的補償。文獻[15]利用雙有源橋變換器(DAB)構(gòu)成了由蓄電池和超級電容組成的復合儲能系統(tǒng)，設(shè)計了基于級聯(lián)雙環(huán)控制的能量管理策略，實現(xiàn)了功率需求的自動分配。文獻[16]針對蓄電池-超級電容級聯(lián)儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提出了基于電壓下垂的混合儲能控制方法。由電壓下垂控制穩(wěn)定直流母線電壓，同時生成內(nèi)環(huán)電流指令，實現(xiàn)對蓄電池電流的平滑控制。這些控制方法實現(xiàn)了混合儲能系統(tǒng)的能量分配，但均基于PID調(diào)節(jié)器，其固有缺點導致儲能介質(zhì)的性能無法得到充分利用。采用級聯(lián)雙環(huán)反饋控制使得控制結(jié)構(gòu)復雜化，系統(tǒng)動態(tài)響應速度較慢。PID參數(shù)調(diào)節(jié)耗時長[17]，且基于特定穩(wěn)態(tài)工作點設(shè)計的參數(shù)值無法在工作點變化后保持良好的控制特性。對于蓄電池和超級電容組成的混合儲能來說，需根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)需求進行能量轉(zhuǎn)換，其運行功率、端電壓等均存在較大的變化，使用基于PID的控制器難以保證在多種運行條件下的響應性能。

【參考文獻】：
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本文編號：2929040