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光储联合发电系统中混合储能的功率协调控制
2017-08-29 11:10:53  作者:孙芊 马建伟等  来源:中国设计师网  
  •   针对光储联合发电系统中的混合储能,基于频率协调,本文给出了一种电池和超级电容的功率分配控制方法,记及储能的荷电状态,提出了多储能单元的出力分摊方法。基于频率协调控制,利用电池和超级电容平抑光伏出力的中频和高频分量,控制光储联合系统输出功率的带宽,降低光伏对电网的冲击。基于SOC的功率协调控制,分配光储联合发电系统中多个储能单元,按照其可用容量合理分担出力。使光储联合发电系统工作于电网调度模式和光伏平抑模式,利用PSCAD/EMTDC验证了所提协调控制方法的有效性和可行性。

  国网河南省电力公司电力科学研究院 孙芊 马建伟

  重庆大学电气工程学院 曾正

  许继集团有限公司 郭宝甫

  1 引言

  近年来,分布式光伏发电系统得到了越来越多的重视[1],并朝着密集化和高渗透率的方向发展[2]。为了降低光伏对电网的影响,与光伏集成到一起的混合储能系统,以其光储一体的电路结构、功率就地平衡的技术优势得到了广泛的关注[3]。然而,在光储联合发电系统中,为了保证储能单元在安全运行的前提下,充分发挥其性能,混合储能之间的功率分配是其中一个亟待解决的关键问题。

  已有部分文献针对混合储能系统的优化功率配置和协调控制进行了研究。文献[4-6]提出了基于变时间常数的控制方法,协调不同储能单元在响应时间、功率密度和能量密度方面的差异。文献[7]提出了一种新颖的混合储能控制方法,协调混合储能对一个宽频域范围内功率进行有序响应。文献[8,9]提出了基于下垂控制的方法来协调多个储能单元分摊负荷功率。现有方法大多面向直流或交流母线电压的稳定,研究混合储能单元的优化配置和协调控制。从电网的角度来看,光伏联合发电系统还需要更多的考虑:整个系统的可调度性和光伏出力的可平抑性。如何响应电网需求,确定混合储能系统的功率指令,对于光储联合发电系统具有重要的意义。另一方面,为了保证储能单元对功率指令的合理分摊,储能的荷电状态应该作为储能控制的一个优化约束。

  本文针对光储联合发电系统的功率协调控制进行研究,以电网调度和光伏输出功率平滑两种运行工况为例,建立了混合储能的功率分配体系和控制方法。利用理论分析和仿真结果验证了所提方法的有效性,为光储联合发电系统提供了一种新的控制方法。

  2 基于频率协调的功率分配控制

  图1给出了一个典型光储联合发电系统的整体框图,为了降低光伏对电网的影响,在其直流侧引入储能单元,平滑光伏的出力,并提升光储联合发电系统的可调度性,通常采用混合储能的结构。

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  如图2所示的光储联合发电系统采用两层控制的方案。上层控制采用基于频域协调的控制方法,根据电网调度和光伏出力,给混合储能单元分配功率指令。下层控制为基于SOC的储能功率分摊控制,管理各储能变流器吸收或发出所期望的功率。

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