光伏发电系统混合储能控制分析范文

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光伏发电系统具有不确定性和间歇性等特点，在当中添加储能装置能够稳定系统输出功率，从而降低对电网和敏感负荷的冲击。系统发电时，输出功率的波动及负载突变，会直接引起直流母线电压的不稳定，从而使供电的电能质量受到影响。因此，合理控制混合储能系统，既有利于保持光伏发电系统瞬时功率的平衡，也有利于维持直流母线电压的稳定。

1基于混合储能的光伏发电系统结构

带有并利用混合储能系统装置进行功率匹配的并网光伏发电系统结构如图1所示。此发电系统的结构原理是将储能单元和光伏发电单元的接口变换器并联于直流母线，再通过逆变器经静态开关与配电网相连接。光伏板利用单向Boost变换器把输出电压抬升至直流母线需要的电压，与此同时，实现最大功率点跟踪（maximumpowerpointtracking,MPPT）控制。混合储能系统分别利用两电平双向Buck/BoostDC/DC变换器能量的双向流动。变换器既能够工作于逆变状态，又可以实现从直流侧到交流侧的能量传递，同样也能在整流状态中运行，为蓄电池和超级电容器进行充电，或为直流侧直流负载供电。中心控制器和底层控制器共同构成的控制电路作为STM32微控制器的核心，采用分层系统能量来进行调度和优化管理。中心控制器是通过总线和底层的各个控制器来进行通信的，从而在整体上实现调度和管理的作用。各个底层控制器依据中心控制器的命令，输出对应的控制信号，进而维持系统功率的平衡。中心控制器是通过与总线和底层的各个控制器进行通信来实现整体上的管理调度作用。各个底层的控制器都根据中心控制器发出的命令，再输出对应的控制信号，以此来维持系统功率的平衡。

2光伏系统中的并网发电

2.1并网发电中的最大功率跟踪光伏电源既不是恒流源，也不是恒压源，伏电池P-U特性的dP／dU变化特征如图2所示。由图2可看出，在一定的光照与温度条件下，电压Vm时的功率最大，并且当光照和温度发生变化时，最大功率点也随之发生改变。为了提高光伏利用率，发电功率应一直处于最大值，并由MPPT进行控制。

2.2并网发电中的并网逆变并网功率的输出应根据计划进行，一般要求电流的谐波小、波形好，功率因数最好是1，因此逆变器需要根据给定的功率参考值进行并网控制。逆变器控制框图如图3所示，将采集到的电网侧三相交流电流变换为id、iq，再分别将其与出力参考值作差，因仅输出有功，故iq=0；得到的差值经PI调节后进行解耦控制，最后把得到的ud、ud与网侧电压相角θ一同输人矢量变换，利用变换后的输出值进行空间矢量脉宽调制(SVPWM)，从而产生6路脉冲，最终使逆变并网控制得以实现。

3混合储能系统的控制原理

制定调度与管理混合储能能量的原则，应考虑到储能器件特性和运行成本，即优先对功率密度大的超级电容器进行充放电，且为能及时平滑功率，超级电容器要承担高频波动的功率；尽量减少蓄电池的充放电次数，长期波动的低频功率由能量密度大的蓄电池来承担，与此同时，当超级电容器的荷电状态达到极限时，应对其给予充放电的功率支持。混合储能系统是采用Buck—Boost型双向DC—DC变换器来实现各个储能器件与直流母线的分项连接。

储能系统在进行充电时，变换器工作处于Buck模式；而放电时，变换器工作处于Boost模式。按照混合储能系统三级功率的分配策略，混合储能系统中超级电容器和蓄电池的功率参考值Pb和Pc由功率分配单元器件来提供。蓄电池的充放电控制框图如图4所示。蓄电池仅需按照给定的功率参考值Pb来运行即可，控制方法较简单且方便操作。Pb值除以蓄电池端口检测到的电压值，得到变换器的电感电流参考值I‘L，该参考值与实际反馈的电感电流所作的差值在经过PI补偿后，作为PWM信号输入系统，从而产生变换器脉冲调制。超级电容器变换器控制一般采用电压外环电流内环并带有电感电流前馈的方式。

超级电容器既需要按功率分配器件单元给定的功率参考值Pc进行充放电，同时也需要稳定的直流母线电压，以保证为直流母线随机功率提供足够的能量。给定的参考电压值U’DC与实际检测到的直流母线电压值作差，经PI补偿后输出电感电流参考值I’L。给定功率参考值Pc除以实际检测到的超级电容器端口电感电流值I”L作为前馈值，同值I’L相加后与电感电流值IL作差，再经过PI补偿后输入PWM，以此产生变换器的调制脉冲。混合储能系统采用这种控制方法可以实现根据三级式功率的分配策略来对充放电功率进行分配与控制，在满足系统并网功率的同时，稳定住直流母线的电压，从而确保随机负荷的供电需求。

4结束语

混合储能单元装置对光伏发电系统起到重要作用。混合储能装置既有利于稳定系统的输出功率，也可降低对电网和敏感负荷的冲击。因此，对混合储能系统提出合理的运行方案和控制策略，可以有效保证光伏发电系统的安全运行，并能大幅度提升储能单元器件的利用效率，从而实现更高的经济实用价值。

作者：朱瑞 李保鹏 单位：新疆希望电子有限公司