內(nèi)蒙古自治區(qū)光熱與風(fēng)能發(fā)電重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(內(nèi)蒙古科技大學(xué))的研究人員張繼紅、王洪明等，在2018年第6期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，為解決微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)慣性小、模式多、對負(fù)荷敏感等問題而引發(fā)的母線電壓波動(dòng)現(xiàn)象，從儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置優(yōu)化著手，在考慮荷電狀態(tài)的基礎(chǔ)上依據(jù)直流母線電壓波動(dòng)幅值進(jìn)行抑制，提出一種直流微電網(wǎng)母線電壓分層協(xié)調(diào)控制策略。

主要利用混合儲(chǔ)能的互補(bǔ)特性以及燃?xì)廨啓C(jī)的快起動(dòng)優(yōu)勢，按照預(yù)期設(shè)計(jì)的七種模式精準(zhǔn)抑制電壓波動(dòng)，建立各自模式的功率終端和松弛終端調(diào)配機(jī)制模型，給出硬件電路和軟件設(shè)計(jì)流程，采用PSCAD/EMTDC大型仿真軟件與新能源發(fā)電、儲(chǔ)能綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的測試結(jié)果表明：所提控制策略合理可行，達(dá)到了抑制母線電壓波動(dòng)的目的，滿足預(yù)期設(shè)計(jì)要求。

微電網(wǎng)是一種能夠自我控制和管理的小型供配電系統(tǒng)，主要由分布式電源、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷及保護(hù)裝置構(gòu)成。相比交流微電網(wǎng)，直流微電網(wǎng)毋需考慮相位同步、頻率波動(dòng)、功角穩(wěn)定、無功環(huán)流等多重因素影響[1-3]，因而，直流微電網(wǎng)具有控制簡單、低運(yùn)行成本和高效率等顯著特點(diǎn)，是近年來研究的熱點(diǎn)課題之一[4]。

針對直流微電網(wǎng)的三大關(guān)鍵技術(shù)問題：電壓調(diào)節(jié)、儲(chǔ)能管理和功率共享。國內(nèi)外學(xué)者開展了卓有成效研究工作。文獻(xiàn)[5-9]介紹了將超級(jí)電容和蓄電池組成的雙儲(chǔ)能系統(tǒng)在微電網(wǎng)中的控制及應(yīng)用方案，提出了實(shí)現(xiàn)雙儲(chǔ)能系統(tǒng)補(bǔ)償功率的優(yōu)化分配策略。

文獻(xiàn)[10-13]比較了多種提高直流微電網(wǎng)特性的控制方法，主要針對母線電壓波動(dòng)原因，采用不同抑制方法達(dá)到預(yù)期效果，但沒有考慮蓄電池和超級(jí)電容的荷電狀態(tài)這一關(guān)鍵特性。文獻(xiàn)[14-17]介紹了柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)以及儲(chǔ)能系統(tǒng)在微電網(wǎng)中的應(yīng)用和綜合協(xié)調(diào)機(jī)制，但對于母線電壓調(diào)節(jié)效果一般。

本文綜合雙儲(chǔ)能及燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)的優(yōu)勢，充分利用超級(jí)電容功率密度大，彌補(bǔ)蓄電池調(diào)節(jié)電壓的滯后特性以及蓄電池的能量密度大，補(bǔ)償超級(jí)電容成本高、能量小的缺點(diǎn)，將兩者結(jié)合可望實(shí)現(xiàn)均衡直流母線功率;同時(shí)借助燃?xì)廨啓C(jī)快速起動(dòng)優(yōu)勢，并考慮兩類儲(chǔ)能的荷電狀態(tài)(State of Charge, SOC)，將直流微電網(wǎng)的工作模式進(jìn)行詳細(xì)劃分，針對不同工作模式在系統(tǒng)級(jí)和單元級(jí)分別提出適應(yīng)當(dāng)前狀態(tài)的解決方法，達(dá)到均衡母線功率并延長蓄電池使用壽命的目的。

圖1 直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖2 直流微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制框圖

結(jié)論

本文提出一種含燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)和復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的直流微電網(wǎng)母線電壓波動(dòng)分層協(xié)調(diào)控制策略。充分利用超級(jí)電容功率密度大、補(bǔ)償功率迅速、蓄電池的能量密度大和補(bǔ)償功率范圍廣的特點(diǎn)，兩者性能互補(bǔ)應(yīng)用于直流微電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)直流母線功率?？梢暂^好地均衡直流母線電壓波動(dòng)，并為燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)的平滑接入提供了保障。

結(jié)合超級(jí)電容和蓄電池的荷電狀態(tài)，按照直流母線電壓限值將直流微電網(wǎng)分為七種精準(zhǔn)工作模式，針對不同的工作模式在系統(tǒng)級(jí)和單元級(jí)分別提出解決母線電壓波動(dòng)的控制策略。最后通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所提控制策略正確性，達(dá)到了抑制母線電壓波動(dòng)的目的，滿足電壓波動(dòng)的電能質(zhì)量要求，為離網(wǎng)狀態(tài)下的直流微網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行提供理論參考。