风光储能在微电网中的控制策略

风光储能在微电网中的控制策略

余剑

国网湖北省电力有限公司咸宁市供电公司   湖北  咸宁 437000

摘要：储能装置在维持微电网稳定运行、提高电能质量以及调频调峰等方面发挥着巨大的作用。微电网既可以与大电网实现并网运行，还能在检测大电网故障期间，断开与大电网连接，然后切换至独立运行模式。微电网中，用到的分布式电源可作为再生能源，因其具备较强环保性，所以可促进能源循环利用。

关键词：风光储能；微电网；控制策略

引言

人类依靠能源而生存，国家依靠能源而强大。随着社会发展与经济的快速增长，能源需求变得越来越紧迫，而这种趋势在未来还在持续增长。传统的诸如煤炭、石油、天然气等化石能源随着人类的大量消耗正在逐渐枯竭，而且这些化石燃料的燃烧带来的环境污染、气候变暖、生态恶化等问题对人类的生存造成了威胁。另一方面，与此相对的风能、太阳能、水能、生物质能、海洋能等可再生能源，由于资富、清洁无污染，满足了人们日益增长的能源消费需求和建设环境友好型国家的迫切需要。所以对可再生能源的大力利用与开发己经成为我国的一项重要发展战略。

1微电网运行方式

微电网具备离网运行与并网运行特点，离网转并网、并网转离网等两种暂态运行方式。微电网要在两种常态下稳定运行。

2风光储能在微电网中的控制策略

2.1主从控制并离切换

微电网应用主从控制策略在离网与并网模式中切换，为了确保系统稳定运行，主电源可以在PQ与V/f控制键顺利切换，便于实现微电网并、离网模式无缝衔接。以控制器状态跟随微电网平滑切换控制法，但与此同时，还应切换控制器参数。文章当中对微电网运行模式切换动态规律进行研究，然后优化切换控制器，便于减少切换中的暂态振荡。文章在此基础上做出改进，设计主电源逆变器协调控制策略，其由电压环、功率环、电流环组成三环控制，借助模式合理选择开关，便于统一PQ、V/f控制，确保二者快速切换。

2.2基于混合势函数的直流微电网群稳定性

随着分布式发电与储能技术的发展，越来越多的微电网被投入使用，微电网之间互联成群已成为必然趋势。微网群可分为交流微电网群、直流微电网群和交直流混合微网群。其中直流微电网群可更高效地接纳风光分布式电源、储能以及电动汽车等直流用电负荷。子微网直流母线电压稳定是保证直流微电网群稳定运行的关键。光照降低以及切子微网或切大容量负载等大扰动引起母线电压波动，导致子微网进入不稳定的工作状态，影响直流微电网群稳定运行。针对此类问题，通常采用大信号稳定性分析方法，例如相平面法、李雅普诺夫法和混合势函数法。相平面法虽然能够比较直观地判断稳定性，但无法得出系统中各个参数与稳定性之间的解析关系式。李雅普诺夫法虽然能给出解析式，但在非线性系统中会遭遇到无法建模的情况，具有一定的局限性。混合势函数法是对李雅普诺夫法进行改进后的一种方法，其在非线性系统中也能给出解析式。根据DC-DC变换器等效模型搭建了直流微电网群等效电路图，建立了直流微电网群的混合势函数模型，推导出直流微电网群大信号稳定性判据，并对其进行分析，得出以下结论：当直流微电网群中的ＣＰＬ阶跃变化，且变化后仍然符合直流微电网群稳定性判据式，则直流微电网群可通过DC-DC变换器设置合适的参考功率ＰＤＣ，使直流微电网群保持大信号稳定；反之，则直流微电网群不能保持大信号稳定。然而该结论只是通过理论推导和仿真验证所得出的，其在实际应用中的效果还需进一步的验证。

2.3跟踪发电总体控制策略

第一步：在风光出力计划跟踪控制模块中，获得风光发电输出功率的超短期预测值。第二步：将预测值与风光储微电网发电计划作差，从而得到混合储能系统的期望输出功率。第三步：将期望输出功率输入到混合储能协调反馈控制模块，通过限值管理模块（包含储能系统充放电深度限值，充放电功率限值以及蓄电池最大充放电电流限值）和协调控制模块进行实时修正，最终得到混合储能系统实时修正输出功率。

2.4基于改进鲸鱼优化算法的微电网优化运行

随着化石能源的枯竭、全球气候变暖以及现代社会对能源的依赖，传统电网已经逐步向智能电网发生转变，使得光伏发电、风力发电等清洁能源的利用与发展成为一种趋势，微电网成为分布式电源并网的一种有效途径。储能设备在微电网中的利用促进了新能源的消纳，能够实现电网的削峰填谷，提高能源利用率。微电网的运行优化问题是一个典型的非线性、多目标的优化问题，需要保证微电网运行成本低、环保性好、运行损耗小，传统的数学优化算法不能很好地满足其要求。微电网的优化运行问题是一个非线性、多目标、多约束条件的最小值优化问题。多目标优化问题中，通常将多目标问题转化为单目标优化问题。然而多目标单一化过程中各个子目标之间的相互关系难以分析，很难使各个子目标同时得到最优解。因此采用模糊隶属度函数法进行多目标函数单一化处理。具体求解过程为：先求出各子目标函数的最优解，然后利用选用的隶属度函数将各子目标函数模糊化，并将模糊化后的子目标函数值求和，最后求出隶属度函数最优解即为多目标优化问题的最优解。隶属度函数分为偏小型和偏大型，对于偏小型，目标函数值越小，隶属度函数值越大，而偏大型反之。由于本文优化的多目标是在满足微电网运行的各种约束条件的前提下，使微电网运行发电成本、环境成本和有功网损的目标函数值尽量小，因此选择偏小型隶属度函数，从而将多目标最小值优化问题转化为求隶属度函数最大值的单目标优化问题。

2.5风光储微电网系统复合储能的网格式优化

微电网具有多分布式能源接入的特点，以各分布式能源接入点为中心，将微电网划分为若干个网格，将传统的集中式储能分布式建设于各网格中，并与分布式能源周边的负荷形成子网。合理进行复合储能系统的网格式优化，可以实现分布式能源的子网内就地消纳，降低各子网之间的功率流动形成的功率损耗，同时分布式储能也可降低集中储能造成的供电稳定性风险。磷酸铁锂电池是较为常见的用于建设储能电站的化学储能模式，近年来鲁能海西州多能互补集成优化示范工程50MW/100MWh的磷酸铁锂电池储能项目，湖南长沙电池储能电站一期示范工程建设规模为60MW/120MWh都是成功的案例。而超级电容仅作为吸收冲击负荷或突变的可再生能源发电，不需要进行大容量配置，因此小容量的超级电容配置对磷酸铁锂电池、超级电容的组合的经济性影响不大。

2.6离网协调控制策略

微电网离网协调控制分为有功协调控制和无功协调控制，由于微电网内的无功负荷相对较小，微电网内的无功波动可完全由储能变流器承受，而不需协调部分无功给风电逆变器和光伏逆变器，因此微电网无功协调控制不需设计，风电和光伏逆变器以整功率因数输出运行。离网有功协调控制策略的核心思想是根据储能电池的剩余电量决定电源和负荷功率的调节方法。协协调控制的核心内容是确定各个SOC节点值的计算方法和不同SOC节点区间内的操作控制过程。

结语

总之，在风光储微电网发电系统中，储能系统跟踪发电计划的原理是：电力系统调度机构基于日前风光联合发电的预测功率情况，制定风光储微电网发电系统的发电计划，通过控制储能系统的能量吞吐，实时补偿风光联合发电的输出功率与风光储微电网发电系统的发电计划功率之间的偏差，使该发电系统由一个出力随时波动的电源转化为具有确定出力的电源，可以根据发电计划而稳定输出功率，最终达到很好的跟踪出力的效果。

参考文献

[1]张倩,丁津津,刘童,等.基于满意度原理的光柴储微网系统优化运行研究[J].电力系统保护与控制,2018,46(10):88-95.

[2]周成,芮涛,王群京.基于模型预测控制的微电网多目标协调优化[J].电测与仪表,2019,56(22):44-50.