直流微電網(wǎng)的能量管理

薛連杰

摘 要：如今，分布式發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛，微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也非常迅速?？偟膩碇v，微電網(wǎng)可以分為交流微電網(wǎng)與直流微電網(wǎng)兩種。當(dāng)前，已經(jīng)開始對直流微電網(wǎng)展開了研究，但是卻因為起步較晚，還有很多地方都存在著不完善的情況，特別是在控制管理策略上。因此，本文構(gòu)建了一個直流微電網(wǎng)并對其能量管理進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電；直流微電網(wǎng)；能量管理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.176

1 引言

在直流微電網(wǎng)中，各微源種類以及特性多種多樣，說的直流微電網(wǎng)的系統(tǒng)難以高校穩(wěn)定控制，并且能量管理也較為困難，而這些也是當(dāng)前急需要進(jìn)行解決的問題。對直流微電網(wǎng)能量管理的研究對于提高能源的利用效率，減少碳排放等都具有重要的意義。微電網(wǎng)能量管理的研究屬于電力電子技術(shù)的前沿課題，同時在國際尚處于初步階段。

文獻(xiàn)[1]提出了一種建立在multi-agent基礎(chǔ)上的分布式發(fā)電系統(tǒng)，在該系統(tǒng)之中各Agent利用通信網(wǎng)絡(luò)對彼此的信息進(jìn)行交流，并對數(shù)據(jù)信息處理，根據(jù)處理的結(jié)果來對各自元件的狀態(tài)進(jìn)行判斷，并根據(jù)判斷出的結(jié)果來采取各自相適應(yīng)的控制模式。文獻(xiàn)[2]將系統(tǒng)分為5個工作模式，系統(tǒng)各單元根據(jù)直流母線電壓確定的工作模式進(jìn)行協(xié)調(diào)控制并維持母線電壓穩(wěn)定。將直流微電網(wǎng)離、并網(wǎng)運行統(tǒng)一在電壓分層控制方案中進(jìn)行設(shè)計，系統(tǒng)中各單元可在離、并網(wǎng)運行模式間無縫切換。

綜上所述，目前對微電網(wǎng)的能量管理研究尚處于起步階段，深入研究微電網(wǎng)的能量管理對于分布式可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用具有重要意義。本文構(gòu)建了一個直流微電網(wǎng)并對其能量管理進(jìn)行了研究。

2 能量管理策略研究

在直流微電網(wǎng)之中，直流母線電壓是對系統(tǒng)功率是否平衡進(jìn)行衡量的一個非常重要的標(biāo)準(zhǔn)。如果電網(wǎng)母線電壓的波動幅度較大，那么就會對發(fā)出電能的質(zhì)量帶來影響，使得系統(tǒng)的可靠性降低，因此需要將直流微網(wǎng)的母線電壓波動控制在一定的范圍之中。國際上對電壓偏差有不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，我國對于電壓波動等級的A 級標(biāo)準(zhǔn)為±5%，為了能夠滿足負(fù)荷的性能需求，設(shè)定直流微網(wǎng)的電壓波動等級為±5%。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，本文設(shè)計了由光伏電池、固態(tài)燃料電池和傳統(tǒng)供電設(shè)備柴油機(jī)作為發(fā)電單元，蓄電池和超級電容作為儲能單元的直流微電網(wǎng)，直流母線電壓電壓為400V。

本文通過負(fù)載監(jiān)控將系統(tǒng)設(shè)備的運行狀態(tài)分為五種工作狀態(tài)。系統(tǒng)中的設(shè)備都是都過變換器連接在直流母線上的，所以對系統(tǒng)設(shè)備工作模式的控制，歸根結(jié)底是對變換器工作狀態(tài)的控制。為了管理各個系統(tǒng)設(shè)備的功率，每個變換器需經(jīng)過電流控制再連接到直流母線上，可以通過典型的PI控制進(jìn)行電流控制。

3 系統(tǒng)仿真分析

為了驗證直流微電網(wǎng)能量管理策略的有效性和可行性，設(shè)計了系統(tǒng)的仿真模型。通過在 MATLAB /Simulink 環(huán)境下搭建的仿真模型。

通過改變可控電流源的輸入值來實現(xiàn)負(fù)載的變換，來觀察系統(tǒng)在模式轉(zhuǎn)換下的運行狀態(tài)。這里每過七秒鐘給電流源轉(zhuǎn)換一個值，此時的負(fù)載就跟著變換，系統(tǒng)的工作模式從模式四依次轉(zhuǎn)變?yōu)槟Ｊ揭?，仿真圖如圖1所示。

通過仿真結(jié)果分析可知，隨著負(fù)載的變化，系統(tǒng)進(jìn)入不同的工作模式，3個燃料電池在不同的工作模式下選擇不同的工作方式，在關(guān)斷、額定功率輸出和電流控制下進(jìn)行功率補償?shù)姆绞街g進(jìn)行切換。在進(jìn)行工作模式切換時直流母線會產(chǎn)生波動，隨著各單元的穩(wěn)定輸出和儲能設(shè)備對直流母線電壓的控制，直流母線電壓經(jīng)過短暫的調(diào)節(jié)最終可以穩(wěn)定400V±5%。

4 結(jié)論

仿真實驗結(jié)果表明，本文設(shè)計的直流微電網(wǎng)在基于負(fù)載變換進(jìn)行系統(tǒng)模式切換的能量管理策略，系統(tǒng)經(jīng)過短暫時間的調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)各單元輸出穩(wěn)定和直流母線電壓的穩(wěn)定。通過仿真結(jié)果表明了該控制策略可以實現(xiàn)直流微電網(wǎng)的能量管理，直流母線電壓在400V±5%可以實現(xiàn)穩(wěn)定，也驗證了提出的能量管理策略的可行性。

參考文獻(xiàn)：

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