交直流混合微電網(wǎng)中儲能技術(shù)的研究

汪 寶 匡洪海 丁曉薇 鄭麗平

（湖南工業(yè)大學電氣與信息工程學院，湖南株洲412007）

0 引言

目前，在促進新能源發(fā)電利用的大形勢下，微電網(wǎng)得到了巨大的發(fā)展，隨著微電網(wǎng)技術(shù)研究與實踐的逐步推進，微電網(wǎng)已逐步發(fā)展為交流微電網(wǎng)、直流微電網(wǎng)以及交直流混合微電網(wǎng)三種具體形式。

發(fā)展交直流混合微電網(wǎng)的目的在于在提高新能源發(fā)電利用率的同時滿足各類交直流負荷的高可靠供電，由于微電網(wǎng)中普遍存在太陽能、風能等新能源發(fā)電模式，新能源發(fā)電功率及負荷的波動導(dǎo)致必須配置相應(yīng)的儲能裝置，以提高微電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。

1 交直流混合微電網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

交直流混合微電網(wǎng)因同時兼顧單純的交/直流微電網(wǎng)的優(yōu)勢特征，近年來得到了廣泛的關(guān)注[1-3]，一種兼顧單純交/直流微電網(wǎng)優(yōu)勢的交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 交直流混合微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

在圖1所示的交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，儲能系統(tǒng)包括了直流側(cè)儲能單元與交流側(cè)儲能單元。交直流混合微電網(wǎng)中儲能技術(shù)的分析與探討需分別針對直流側(cè)儲能單元與交流側(cè)儲能單元具體展開。

2 混合微電網(wǎng)中儲能裝置的作用分析

2.1 直流側(cè)儲能裝置的作用

在直流子系統(tǒng)中，太陽能、風能等新能源發(fā)電通過相應(yīng)的電能變換器接入直流母線，而在直流系統(tǒng)中不需要考慮系統(tǒng)無功功率平衡及頻率控制等問題，僅需要保持直流母線電壓的穩(wěn)定。由于直流負荷和太陽能、風能發(fā)電功率都有著顯著的波動性，因此，為了平抑直流子系統(tǒng)的系統(tǒng)功率波動而維持直流母線電壓穩(wěn)定，需要配置儲能單元。

因此，交直流混合微電網(wǎng)中直流側(cè)儲能單元主要有維持直流子系統(tǒng)功率平衡和直流母線電壓穩(wěn)定，改善直流子系統(tǒng)電能質(zhì)量的作用。

2.2 交流側(cè)儲能裝置的作用

交直流混合微電網(wǎng)根據(jù)公共配電網(wǎng)的情況存在并網(wǎng)運行與孤島運行兩種運行模式。在并網(wǎng)運行模式下，交流側(cè)的新能源發(fā)電功率與負荷功率波動可由公共配電網(wǎng)平抑，交流側(cè)的電壓與頻率由公共配電網(wǎng)支撐，此時交流側(cè)儲能單元進行充電儲能以備不時之需。在孤島運行模式下，交流側(cè)的電壓與頻率失去了公共配電網(wǎng)支撐，通常需要通過儲能變流器進行控制策略的切換，以維持交流母線電壓與頻率的穩(wěn)定，此時交流側(cè)儲能單元需要快速進行放電釋能，以補充與公共配電網(wǎng)斷開后的功率缺額，維持交流子系統(tǒng)的功率平衡并提供短時的系統(tǒng)供電。

基于上述分析可知，交直流混合微電網(wǎng)中交流側(cè)儲能裝置在系統(tǒng)運行中的作用為：在并離網(wǎng)切換時快速平衡系統(tǒng)功率缺額并保證短時孤島運行時的系統(tǒng)功率供給，維持交流子系統(tǒng)的電壓和頻率穩(wěn)定，使得交流子系統(tǒng)的電能質(zhì)量得以改善。

3 混合微電網(wǎng)中儲能方式的分析

3.1 儲能方式的分析比較

微電網(wǎng)中儲能裝置配置的重要性毋庸置疑，而現(xiàn)有可用的儲能方式較多，根據(jù)交直流混合微電網(wǎng)實際需求選擇合適的儲能方式便顯得至關(guān)重要。目前典型的儲能方式主要有蓄電池儲能、超級電容儲能、超導(dǎo)儲能、飛輪儲能等[4]。對儲能方式的評價分析，通常從能量密度、功率密度以及充放電次數(shù)等方面進行。幾種典型的儲能方式特性如表1所示[5]。

表1 幾種典型的儲能方式特性

3.2 適用于混合微電網(wǎng)的儲能方式

在交直流混合微電網(wǎng)中，儲能方式的選擇需要考慮微電網(wǎng)系統(tǒng)運行的實際需求。在交直流混合微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時，儲能裝置需要具備承受系統(tǒng)功率波動的能力，并能夠儲備一定的電能以備不時之需；在交直流混合微電網(wǎng)由并網(wǎng)向孤島切換時，交流側(cè)儲能裝置需要快速釋放電能補充系統(tǒng)的功率缺額，維持系統(tǒng)穩(wěn)定；在交直流混合微電網(wǎng)孤島運行時，儲能裝置需要具備一定的電能儲備，提供系統(tǒng)短時的負荷需求。因此，交直流混合微電網(wǎng)中儲能裝置的確定通常需要考慮儲能方式的能量密度和功率密度。

由上述幾種典型儲能方式特性可知，蓄電池具有較大的能量密度，但功率密度和充放電性能存在劣勢；而超級電容具有非常理想的功率密度和充放電性能，但能量密度存在不足。因此，將蓄電池與超級電容器兩種儲能方式結(jié)合構(gòu)成混合儲能系統(tǒng)，是滿足混合微電網(wǎng)運行需求的最佳儲能方式。

4 結(jié)語

微電網(wǎng)作為大電網(wǎng)的一種補充，在促進新能源發(fā)電利用、提高供電可靠性以及便捷控制等方面有著其特殊的優(yōu)勢。交直流混合微電網(wǎng)作為微電網(wǎng)未來發(fā)展的一種趨勢，其研究與應(yīng)用有著極大的發(fā)展?jié)摿Αδ苁俏㈦娋W(wǎng)的核心組成部分，對改善微電網(wǎng)系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和系統(tǒng)電能質(zhì)量都有著極其關(guān)鍵的作用。在促進新能源發(fā)電充分利用的趨勢下，交直流混合微電網(wǎng)及其儲能技術(shù)的發(fā)展值得更多的關(guān)注。

[1]林子杰，衛(wèi)志農(nóng)，孫國強，等.基于虛擬同步電機的交直流混合微電網(wǎng)控制策略[J].中國電機工程學報，2017，37（2）：424-432.

[2]丁明，楚明娟，潘浩，等.交直流混合微電網(wǎng)運行優(yōu)化建模與不確定性分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2017，41（5）：1-7.

[3]任志航，李民，馬凱琪，等.交直流混合微電網(wǎng)微元建模與控制[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2017，45（21）：82-88.

[4]周林，黃勇，郭珂，等.微電網(wǎng)儲能技術(shù)研究綜述[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2011，39（7）：147-152.

[5]趙丹陽.風光儲直流微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制研究[D].成都：西南交通大學，2015.