在傳統(tǒng)的基于母線電壓值的多滯環(huán)控制策略下，母線電壓必須達(dá)到對(duì)應(yīng)的閾值才能觸發(fā)較高的電流參考值，因此在某些條件下會(huì)出現(xiàn)母線電壓持續(xù)偏離額定值較多的情況。

為解決這一問(wèn)題，提出了一種改進(jìn)的多滯環(huán)控制策略，在傳統(tǒng)控制策略的基礎(chǔ)上，定義了電壓等級(jí)信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行積分，從而可根據(jù)積分值的大小來(lái)輔助切換蓄電池電流參考值，使蓄電池能夠在母線電壓未達(dá)到對(duì)應(yīng)閾值的情況下也能根據(jù)需要進(jìn)行大電流充放電，從而使母線電壓更接近額定值。

為避免反向積分值延長(zhǎng)母線電壓正向偏離時(shí)參考電流值的自動(dòng)切換時(shí)間，使用兩個(gè)積分器分別控制正、負(fù)向參考電流值的切換。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提出的控制策略在維持母線電壓、提升供電質(zhì)量方面的優(yōu)越性。

在某些偏遠(yuǎn)地區(qū)、深山以及海島，當(dāng)?shù)赜脩粲秒娏坎淮?，采用常?guī)的大電網(wǎng)供電，需要很長(zhǎng)的線路，經(jīng)濟(jì)性很差，而這些地區(qū)往往是風(fēng)能和太陽(yáng)能蘊(yùn)藏豐富的地區(qū)，推廣獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)光儲(chǔ)微網(wǎng)是經(jīng)濟(jì)可行的[1-7]。而相對(duì)于交流微網(wǎng)，直流微網(wǎng)供電效率更高，控制更方便，穩(wěn)定性也更高[8-10]。

由于脫離大電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，儲(chǔ)能系統(tǒng)就承擔(dān)起了維持母線電壓的任務(wù)。為同時(shí)滿足對(duì)功率密度和能量密度的要求，將功率型儲(chǔ)能設(shè)備和能量型儲(chǔ)能設(shè)備結(jié)合起來(lái)，形成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，成為當(dāng)今儲(chǔ)能技術(shù)的必然要求[11]。而針對(duì)不同場(chǎng)合的不同要求，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各有其優(yōu)勢(shì)。

文獻(xiàn)[12]介紹了混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的5種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，其中超級(jí)電容器和蓄電池分別通過(guò)DC-DC變換器接直流母線和蓄電池接DC-DC、超級(jí)電容器直接連直流母線的兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)于小型微網(wǎng)，尤其直流微網(wǎng)較為實(shí)用：前者能夠分別控制兩種儲(chǔ)能設(shè)備，蓄電池和超級(jí)電容都可以深度放電因此其儲(chǔ)能量可以充分利用，可以優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的額定容量，缺點(diǎn)是成本高，損耗高；后者控制方式較為簡(jiǎn)單，成本較低，超級(jí)電容直接根據(jù)直流母線電壓的變化出力，反應(yīng)速度較快，缺點(diǎn)是超級(jí)電容需要很多單元串聯(lián)以獲得高的母線電壓。

不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各有其適用的控制策略，而控制策略的具體形式?jīng)Q定著儲(chǔ)能系統(tǒng)維持獨(dú)立微網(wǎng)電壓的能力[13-15]。多滯環(huán)控制策略可以根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況，靈活多層次地設(shè)定蓄電池充放電電流及其相互之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[16]。

文獻(xiàn)[17]提出一種改進(jìn)的多滯環(huán)控制策略，根據(jù)負(fù)載與電源輸出功率的差值來(lái)確定蓄電池充放電電流，根據(jù)直流母線電壓值與給定值的差值來(lái)確定超級(jí)電容器的充放電電流，避免了蓄電池在大電流高電壓的情況下充放電，及長(zhǎng)期在充電與放電狀態(tài)間轉(zhuǎn)換對(duì)蓄電池造成的損害。

該控制策略雖然反應(yīng)較快，但需要使用遠(yuǎn)距離通信設(shè)備和兩個(gè)DC-DC變換器，增加了系統(tǒng)成本，且降低了系統(tǒng)可靠性。文獻(xiàn)[18]采用超級(jí)電容器直接連接直流母線的結(jié)構(gòu)，根據(jù)直流母線電壓值來(lái)確定蓄電池的參考電流值，由于母線電壓必須達(dá)到對(duì)應(yīng)閾值才能觸發(fā)較高的電流參考值，所以某些條件下會(huì)出現(xiàn)母線電壓持續(xù)偏離額定值較多的情況，而儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)此無(wú)能為力。

考慮到超級(jí)電容器的響應(yīng)速度，同時(shí)為了節(jié)省成本，簡(jiǎn)化控制，提高可靠性，本文的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)選用蓄電池接DC-DC變換器、超級(jí)電容器直接連直流母線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在直流微網(wǎng)中不需要考慮電壓相角和頻率，系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠工作取決于母線電壓幅值，而DC-DC變換器的控制策略就成為儲(chǔ)能系統(tǒng)維持母線電壓的關(guān)鍵。

針對(duì)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)多滯環(huán)控制策略存在的問(wèn)題，本文提出了一種改進(jìn)的控制策略，在傳統(tǒng)控制策略的基礎(chǔ)上，定義了電壓等級(jí)信號(hào)，并使用積分器對(duì)電壓等級(jí)信號(hào)進(jìn)行積分，從而可根據(jù)積分值的大小來(lái)輔助切換蓄電池電流參考值，使蓄電池能夠在母線電壓未達(dá)到對(duì)應(yīng)閾值的情況下也能根據(jù)需要進(jìn)行大電流充放電。

同時(shí)，為了避免反向積分值延長(zhǎng)母線電壓正向偏離時(shí)參考電流值的自動(dòng)切換時(shí)間，使用兩個(gè)積分器分別控制正負(fù)向參考電流值的切換?；贛atlab/Simulink建立了仿真模型，對(duì)提出的改進(jìn)控制策略進(jìn)行了仿真分析。

結(jié)論

本文首先介紹了所采用的風(fēng)光儲(chǔ)獨(dú)立微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和各單元的模型，然后針對(duì)蓄電池接DC-DC變換器、超級(jí)電容器直接連接直流母線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提出了改進(jìn)的多滯環(huán)控制策略，最后在Matlab/Simulink軟件環(huán)境下建立了風(fēng)光儲(chǔ)直流微網(wǎng)的仿真模型。

通過(guò)特定環(huán)境下對(duì)所提出的控制策略的仿真分析，可以看出在預(yù)設(shè)的三種情況下，電壓等級(jí)信號(hào)的積分值能夠較好地輔助控制系統(tǒng)切換電壓等級(jí)，比起原有的控制策略，本文提出的改進(jìn)多滯環(huán)控制策略能夠更快地恢復(fù)母線電壓，并能將母線電壓維持在更接近額定值的水平，各項(xiàng)電壓指標(biāo)均優(yōu)于原有控制策略，提高了微電網(wǎng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性和供電質(zhì)量。

作者

華北電力大學(xué)（保定）電力工程系劉志博、劉興杰