风光储微电网复合储能控制策略研究

摘要

在环境污染和化石能源危机的双重压力下，风力、光伏等分布式发电技术得到快速发展，其在电力供应和低碳生活中的作用也越来越明显。由于风力发电、光伏发电受外界环境等因素影响又具有随机性、间歇性特点，如果直接并网会严重影响电网的电能质量和可靠性，所以需要储能作为能量缓冲装置保障系统的安全稳定运行。鉴于单一储能自身存在的局限性，本文根据超级电容器和蓄电池在功能、特点方面的互补性，提出由它们组成复合储能，并将其应用到风光微电网中。
　　本文首先介绍了光伏发电、风力发电、蓄电池、超级电容器的发电原理，并建立了相应的数学模型。在此基础上，利用PSCAD软件仿真研究了其工作特性。
　　其次，建立了并网逆变器dq旋转坐标系下的数学模型，并对LC滤波器的参数进行了设计，研究了PQ控制、下垂控制的工作原理。针对低压微电网线路阻抗比大而无法直接使用高压系统中下垂控制的问题，提出了一种改进下垂控制方式，即在电压电流双环控制的电感电流处引入反馈感性阻抗，使得逆变器的等效输出阻抗为感性，并利用PSCAD软件仿真验证了该方法的合理性。
　　再次，通过对超级电容器和蓄电池几种组合方式的对比分析，选择了一种复合储能有源式并联结构。为了平抑风光的并网波动功率、保证离网状态下系统电压和频率的稳定以及微电网运行模式的平滑切换，提出了关于复合储能的能量管理和控制策略。能量管理方面，遵循超级电容器优先工作原则，通过判断超级电容器端电压大小来选择复合储能的工作方式。其中，超级电容器平抑风光并网波动功率的高频部分，蓄电池平抑低频部分，进而减少蓄电池的充放电次数，延长其使用寿命。控制策略方面，蓄电池的双向DC/DC变换器采用恒功率控制，超级电容器的双向DC/DC变换器采用恒母线电压控制，保证了直流母线电压的稳定，实现了复合储能的双向充放电控制；另外，针对微电网并/离网运行模式的切换，提出复合储能双向DC/AC变换器在PQ控制和改进下垂控制间的切换控制。
　　最后，利用PSCAD软件搭建了含复合储能的风光微电网仿真模型，仿真分析了微电网并网运行、离网运行、并/离网运行模式切换过程三种情况，仿真结果验证了所提控制策略的有效性和正确性。