基于最大功率點(diǎn)跟蹤下垂控制的光儲一體化系統(tǒng)研究

陶 霞 方東平 汪瑩潔 巫海波 曹月渭

基于最大功率點(diǎn)跟蹤下垂控制的光儲一體化系統(tǒng)研究

陶 霞1方東平1汪瑩潔1巫海波2曹月渭1

（1. 浙江大有實(shí)業(yè)有限公司臨平分公司，杭州 311102；2. 國網(wǎng)浙江省電力有限公司杭州市臨平區(qū)供電公司，杭州 311100）

光儲一體化系統(tǒng)相較于光儲獨(dú)立式系統(tǒng)具有更好的體積成本優(yōu)勢和分布式發(fā)電消納能力，但現(xiàn)有一體化系統(tǒng)往往存在電能利用不充分的問題。為研究高功率密度、高光伏出力利用率的光儲一體化設(shè)備，探究光儲一體化系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、高利用率的并網(wǎng)控制方法，本文對光儲一體化系統(tǒng)內(nèi)部重要元器件進(jìn)行物理建模，分析光儲一體化系統(tǒng)有功出力特性，提出一種基于最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）下垂控制的光儲一體化系統(tǒng)控制方案，并在仿真軟件中驗(yàn)證了方案的有效性。

微電網(wǎng)；最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）；下垂控制；光儲一體化系統(tǒng)；建模仿真

0 引言

面對日趨嚴(yán)峻的氣候變化、化石能源的日益稀缺與快速增長的電力消費(fèi)之間的矛盾，世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型刻不容緩[1-3]。隨著“碳中和”“碳達(dá)峰”目標(biāo)的提出，風(fēng)電、光伏等可再生能源因不存在大氣和放射性污染等特點(diǎn)，越來越受到能源公司的青睞，得以迅猛發(fā)展，成為當(dāng)下研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)[4-5]。但是，由于對可再生能源出力的消納水平不足，出現(xiàn)了棄光、棄風(fēng)等現(xiàn)象[6]，造成部分新能源出力浪費(fèi)；此外，可再生能源本身的隨機(jī)性、波動性強(qiáng)，新能源發(fā)出的電力難以保證良好的電能質(zhì)量和穩(wěn)定的供應(yīng)水平，并網(wǎng)后對大電網(wǎng)穩(wěn)定性影響較大[7]。如果要更好地利用可再生能源發(fā)電，就必須要有穩(wěn)定、可靠的新能源發(fā)電系統(tǒng)。

微電網(wǎng)是一種比傳統(tǒng)電網(wǎng)更靈活的電網(wǎng)，不僅能提高對可再生能源的消納能力，還能提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性[8]。在國外典型的光-儲直流母線系統(tǒng)中，光伏經(jīng)過Boost電路升壓后直接與儲能部分相連，而后經(jīng)DC-AC變換逆變?yōu)榻涣麟姴⒕W(wǎng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制簡便，加入的儲能單元可以提高系統(tǒng)出力的穩(wěn)定性[9-10]；但其存在的突出問題是，由于光伏系統(tǒng)的工作狀態(tài)極易受環(huán)境影響，儲能裝置會頻繁地進(jìn)行充放電，導(dǎo)致該系統(tǒng)對儲能系統(tǒng)的容量要求較高，且無規(guī)律的充放電甚至過充電會對蓄電池造成較大損害，使儲能系統(tǒng)壽命大幅度降低，系統(tǒng)成本隨之升高[11]。

為解決上述問題，有學(xué)者嘗試在光伏與儲能蓄電池之間添加超級電容器，光伏將超級電容器充電至電壓飽和后，能量經(jīng)Boost變換器向蓄電池供電，從而使系統(tǒng)的穩(wěn)定性有所提高，但是因能量經(jīng)過的系統(tǒng)環(huán)節(jié)增加，能量損耗變大，導(dǎo)致系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率下降[12]。文獻(xiàn)[13]指出光伏發(fā)電的影響因素有環(huán)境溫度、太陽高度角、光伏組件特性等，若要使系統(tǒng)能在任意工作環(huán)境下輸出最大的有功功率，提高光伏的利用率，則需進(jìn)行最大功率點(diǎn)搜尋，部分學(xué)者使用定電壓跟蹤法來實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤（maximum power point tracking, MPPT）[14]，但在溫度條件變化如早晚產(chǎn)生的溫差較大時，該方法無法保證始終跟隨最大有功功率點(diǎn)[15]。

為保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)光伏的高效利用，本文通過構(gòu)建模型進(jìn)行分析，提出一種基于最大功率點(diǎn)跟蹤下垂控制的光儲一體化微電網(wǎng)運(yùn)行方法。該方法在傳統(tǒng)下垂控制的基礎(chǔ)上，在逆變控制環(huán)節(jié)引入光伏側(cè)MPPT控制環(huán)節(jié)電壓量，使光伏側(cè)有效參與后側(cè)有功-頻率控制，最后搭建仿真模型對該系統(tǒng)的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 光儲一體化微電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ?/h2>

1.1 光儲一體化微電網(wǎng)總體拓?fù)?/h3>

本文研究的光儲一體化微電網(wǎng)總體拓?fù)淙鐖D1所示，系統(tǒng)包括光伏裝置、直流配電網(wǎng)、雙向儲能裝置（蓄電池、超級電容器）及逆變并網(wǎng)部分。

光伏裝置通過Boost變換器連接到公共直流母線；蓄電池及超級電容器通過Buck-Boost變換器與直流母線連接，其中變換器高壓側(cè)連接公共直流母線；三項(xiàng)全橋逆變器通過LC濾波器實(shí)現(xiàn)有功功率逆變并網(wǎng)。

1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)模型

光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏發(fā)電陣列由多個光伏電池并聯(lián)而成，為得到其數(shù)學(xué)模型，首先給出光伏電池的等效電路，如圖2所示。

圖1 光儲一體化微電網(wǎng)總體拓?fù)?/p>

圖2 光伏電池等效電路

由圖2可以得到光伏電池輸出電流PV與輸出電壓PV的關(guān)系為

式中：ph為光生電流；o為二極管反向飽和電流；為電子電荷量，其值為1.6×10-19C；s為串聯(lián)等效電阻；sh為并聯(lián)等效電阻；PV為光伏電池的絕對溫度；為理想系數(shù)，1≤≤2；為玻耳茲曼常數(shù)，其值為1.38×10-23J/K。

因求解式（1）相對困難，部分參數(shù)難以確定，可由光伏電池標(biāo)況下的開路電壓oc、短路電流sc、最大功率點(diǎn)電壓m及最大功率點(diǎn)電流m將式（1）簡化為式（2）。

在實(shí)際情況中，采用非標(biāo)況下的開路電壓oci、短路電流sci、最大功率點(diǎn)電壓mi及最大功率點(diǎn)電流mi對式（1）進(jìn)行簡化得

式中：補(bǔ)償系數(shù)、、分別為0.002 5、0.5、0.002 8；DT為標(biāo)況下溫度差；T為實(shí)際溫度；ref為環(huán)境溫度參考值，取25℃；DS為標(biāo)況下光照強(qiáng)度差；S為實(shí)際光照強(qiáng)度；ref為光照強(qiáng)度參考值，取1 000W/m2。

采用式（2）和式（3）搭建實(shí)際的物理等效模型，光伏模塊通過Boost電路與直流母線相連。

1.3 有源式蓄電池-超級電容混合儲能模型

將蓄電池和超級電容與Buck-Boost變換器連接，再共同接到同一直流母線上，即為有源式蓄電池-超級電容混合儲能結(jié)構(gòu)，其可根據(jù)微電網(wǎng)的有功功率需求控制自身輸入輸出功率。同時，蓄電池和超級電容自備的功率變換器可通過合理的能量分配策略實(shí)現(xiàn)蓄電池和超級電容容量的最優(yōu)利用。連接形式如圖1所示。

蓄電池等效電路如圖3所示。圖3（a）中，bat為儲能側(cè)輸出電壓，bat為運(yùn)行能量損耗等效電阻，b為接觸電阻，為電源電動勢，電池正負(fù)極間等效電容b在充放電不頻繁時通?？珊雎裕瑥亩玫胶喕Ｐ腿鐖D3（b）所示。

圖3 蓄電池等效電路

可得電源電動勢表達(dá)式為

式中：o為電源內(nèi)生電動勢；c為蓄電池輸出電量；為蓄電池容量；K為極化電壓；為指數(shù)幅值；為時間常數(shù)的倒數(shù)。

蓄電池剩余電量OC()為

式中：OC(0)為蓄電池起始荷電狀態(tài)；bat為蓄電池輸出功率。

超級電容作為一種儲能電化學(xué)元件，容量可達(dá)到F級別，遠(yuǎn)大于一般電容。超級電容RC串聯(lián)模型如圖4所示。

圖4 超級電容RC串聯(lián)模型

超級電容數(shù)學(xué)模型為

式中：SC為超級電容端電壓；SC為超級電容等效寄生電阻；SCR為等效電阻電流；為超級電容等效非線性電容；SC為等效電容瞬時工作電流。

超級電容的荷電狀態(tài)OCSC為

式中：Q為超級電容在時刻的電荷量；N為超級電容的總電荷量；max和min分別為超級電容最高和最低工作電壓；0為超級電容初始電壓值。

超級電容儲存能量SC為

1.4 DC-DC變換器模型

DC-DC變換器將一個電壓等級的直流電變換為另一個電壓等級的直流電。在發(fā)電系統(tǒng)與微電網(wǎng)之間，DC-DC變換器的連接必不可少。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)的輸出功率較小，采用非隔離型DC-DC變換器即可滿足需求。在本文所提出的系統(tǒng)中，光伏與直流母線間使用Boost變換器，儲能單元與直流母線間使用Buck-Boost變換器，可適應(yīng)儲能單元的充、放電模式。

Boost變換器如圖5所示，其所需的直流母線輸出電壓o通過對S1進(jìn)行通斷控制獲得。S1導(dǎo)通時，由光伏電池輸出電壓PV提供電流L向電感1充電，負(fù)載側(cè)電壓由電容dc儲存的能量保持；S1關(guān)斷時，光伏電池與電感1同時給電容dc和負(fù)載提供電能。

圖5 Boost變換器

由能量守恒可得輸出電壓dc與光伏電池輸出電壓PV的關(guān)系為

式中：on為開關(guān)管S1導(dǎo)通時間；off為開關(guān)管S1關(guān)斷時間；=on+off為開關(guān)管S1的時間周期；/off為升壓比，升壓比≥1。通過調(diào)整升壓比的大小就可以控制直流母線輸出電壓o的大小，達(dá)到升壓效果。

Buck-Boost變換器如圖6所示，該變換器可以實(shí)現(xiàn)電能的雙向傳輸，一般用于連接儲能系統(tǒng)和直流母線。

圖6 Buck-Boost變換器

通過控制Buck-Boost變換器的S2、S3通斷，可以實(shí)現(xiàn)電路Boost模式與Buck模式的切換，即對應(yīng)兩個方向的能量傳輸。

當(dāng)需要儲能單元輸出能量時，電路工作在Boost模式。此時，S3保持關(guān)斷，通過控制S2來控制輸出電壓的大小。與前述Boost電路類似，當(dāng)S2開通時，儲能側(cè)的1對2充電，同時直流母線側(cè)的電壓由dc存儲的能量保持；當(dāng)S2關(guān)斷時，VD3導(dǎo)通，儲能側(cè)的1與2同時向直流母線側(cè)供電，實(shí)現(xiàn)儲能側(cè)向直流母線側(cè)供電。

當(dāng)能量需要由直流母線送入儲能裝置進(jìn)行儲能時，電路工作在Buck模式。此時，S2保持關(guān)斷，通過控制S3來控制輸出電壓的大小。當(dāng)S3導(dǎo)通時，直流母線電壓o通過電感、電容向儲能側(cè)供電；當(dāng)S3關(guān)斷時，電感向儲能側(cè)供電，VD2導(dǎo)通續(xù)流，同時dc對電容dc充電。

1.5 并網(wǎng)逆變器模型

電壓型脈寬調(diào)制（pulse width modulaton, PWM）并網(wǎng)逆變器拓?fù)淙鐖D7所示。直流母線與交流大電網(wǎng)通過逆變器進(jìn)行連接。

圖7 并網(wǎng)逆變器拓?fù)?/p>

對逆變器電壓電流及功率方程進(jìn)行dq變換后，得到在dq坐標(biāo)系中的逆變器電壓與功率方程分別為

式中：d、q分別為逆變器電壓有功、無功分量；d、q分別為逆變器電流有功、無功分量；g為濾波電抗器的電感；為角頻率；g、g分別為逆變器輸出的有功功率、無功功率。

將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d軸方向與并網(wǎng)電壓方向重疊，此時有d=，q=0，則式（10）和式（11）變?yōu)?/p>

式中，g為電網(wǎng)電阻。

通過式（12）和式（13）可進(jìn)行并網(wǎng)逆變器控制環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。

2 光儲一體化微電網(wǎng)控制策略

2.1 光伏側(cè)DC-DC變換器控制策略

在工程實(shí)際中，光伏發(fā)電容易受到不同工況下各種因素的影響，如光照強(qiáng)度、時間等，輸出功率往往呈現(xiàn)非線性特征。光伏系統(tǒng)特性曲線如圖8所示，在光照強(qiáng)度與溫度一定的情況下，功率隨電壓的變化呈現(xiàn)先增后減的趨勢，即存在一個最大功率點(diǎn)。本文采用MPPT控制策略對系統(tǒng)進(jìn)行控制。

圖8 光伏系統(tǒng)特性曲線

光伏發(fā)電系統(tǒng)控制框圖如圖9所示，本文采用基于電導(dǎo)增量的MPPT控制策略。當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率低于負(fù)荷需求時，采用MPPT控制可以穩(wěn)定母線電壓，保持系統(tǒng)始終處于光伏發(fā)電最大利用率狀態(tài)。

圖9 光伏發(fā)電系統(tǒng)控制框圖

2.2 儲能側(cè)DC-DC變換器控制策略

儲能側(cè)采用Buck-Boost變換器，可工作在Buck模式和Boost模式下，在不同的工況下輸出系統(tǒng)所需要的功率。

當(dāng)Buck-Boost變換器工作在Boost模式時，小信號模型傳遞函數(shù)id()及vi()為

當(dāng)Buck-Boost變換器工作在Buck模式時，小信號模型傳遞函數(shù)為

式中，bat為蓄電池組出口濾波電容值。

圖10 儲能側(cè)系統(tǒng)控制框圖

2.3 基于MPPT的并網(wǎng)逆變器下垂控制策略

本節(jié)提出一種基于MPPT的并網(wǎng)逆變器下垂控制策略，首先簡述傳統(tǒng)下垂控制與PQ解耦控制原理。

1）傳統(tǒng)下垂控制

在微電網(wǎng)中，為便于負(fù)荷分擔(dān)、提高可靠性，通常采用以式（16）和式（17）為主的下垂控制策略[16-17]。

對于雙電源系統(tǒng)，在穩(wěn)態(tài)時兩個電源角頻率1=2[18]，由式（16）和式（17）可得

式中：1、1和2、2為兩個電源各自的有功功率、無功功率；1、1和2、2分別為兩個電源各自的下垂系數(shù)；N1、N1和N2、N2分別為兩個電源各自的額定有功功率、無功功率。

如式（18）所示，常規(guī)下垂方案保證了基于電源額定值的比例輸出功率共享，但由于額定功率和下垂系數(shù)都為定值，因此對于光照強(qiáng)度和溫度引起的光伏不確定性并不敏感。傳統(tǒng)下垂控制方案運(yùn)行方式忽視了能量傳輸?shù)母咝裕荒鼙ＷC在可用功率變化的情況下，每臺光伏設(shè)備均達(dá)到最大利用率。

2）傳統(tǒng)PQ解耦控制原理

在主從控制模式下，光儲設(shè)備常采用PQ控制。與下垂控制相比，PQ控制的目的是保證電源的輸出功率等于其參考功率。式（19）和式（20）表示在PQ控制下逆變器的基準(zhǔn)電流和基準(zhǔn)相角。

式中：ref、ref分別為前期MPPT控制器給出的有功功率、無功功率參考值；p、p分別為鎖相環(huán)得到的電壓幅值和相角。

PQ控制使每個光儲設(shè)備的輸出都以忽略電壓和頻率支撐為前提獲得最大可用功率，因此在孤島模式下，必須至少有一個電源被設(shè)定為主逆變器來調(diào)節(jié)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓和頻率。在這種情況下，一旦主逆變器停止工作，微電網(wǎng)將會崩潰，即鎖相環(huán)的存在嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。

3）基于MPPT的下垂控制方案

針對傳統(tǒng)下垂控制和PQ控制方案的局限性，本文提出一種基于MPPT的下垂控制方案。

對于混合光伏存儲單元而言，預(yù)先設(shè)定的下垂控制系數(shù)使基于光伏可用功率的負(fù)載需求無法共享。傳統(tǒng)的PQ解耦控制使光伏系統(tǒng)能夠?qū)⑵渥畲罂捎霉β首⑷胛㈦娋W(wǎng)，但其可靠性較低，因?yàn)橹挥兄髂孀兤髫?fù)責(zé)頻率調(diào)節(jié)。在本文的改進(jìn)方案中，基于MPPT的下垂控制把每個源控制為電流控電壓源，使光伏系統(tǒng)不僅可以追蹤最大功率點(diǎn)，還可以參與并網(wǎng)側(cè)的頻率調(diào)節(jié)。在與傳統(tǒng)下垂控制相同的工況下采用該控制方案，當(dāng)光伏系統(tǒng)的可用功率減少時，光伏系統(tǒng)的下垂量增大，直至新的平衡工作點(diǎn)，此階段發(fā)電和需求之間的電力平衡由儲能側(cè)來匹配。類似地，當(dāng)可從光伏系統(tǒng)中獲得更多能量時，控制系統(tǒng)將下調(diào)下垂量，以增加逆變器輸出的功率。

基于MPPT的下垂控制原理為

式中，KPi、KIi分別為第i個PV的比例系數(shù)和積分系數(shù)。式（21）中第一部分w*-miPi為傳統(tǒng)下垂控制，可以確保系統(tǒng)在短時間內(nèi)保持穩(wěn)定；第二部分為用于直流母線電壓調(diào)節(jié)的PI控制器，可以使從逆變器中提取的功率與DC-DC變換器提供的功率保持平衡。

3 仿真及實(shí)驗(yàn)平臺驗(yàn)證

3.1 仿真驗(yàn)證

為驗(yàn)證基于MPPT的光儲一體化微電網(wǎng)下垂控制方案的有效性，在Matlab/Simulink中建立一個包含PV和有源式蓄電池-超級電容混合儲能的三相交流微電網(wǎng)。系統(tǒng)仿真參數(shù)見表1，其中s為開關(guān)管調(diào)制頻率，n為光伏側(cè)最大輸出功率，grid為直流母線電壓，ref為并網(wǎng)側(cè)額定功率。

表1 系統(tǒng)仿真參數(shù)

光伏側(cè)相關(guān)參數(shù)波形如圖12所示。在不同的工況下，光照強(qiáng)度的變化趨勢如圖12（a）所示，光照強(qiáng)度由高變低，再恢復(fù)到較高水平；光伏板輸出功率如圖12（b）所示，其呈現(xiàn)出與光照強(qiáng)度相同的變化趨勢；光伏側(cè)輸出電壓、電流波形分別如圖12（c）、圖12（d）所示，經(jīng)過基于MPPT的下垂控制后，光伏側(cè)仍能保證跟蹤最大功率點(diǎn)。

圖12 光伏側(cè)相關(guān)參數(shù)波形

直流母線電壓波形如圖13所示，其在光伏側(cè)功率變動點(diǎn)附近出現(xiàn)波動，但總體波形穩(wěn)定，表明所提控制方案可以維持直流母線電壓的穩(wěn)定。

圖13 直流母線電壓波形

經(jīng)基于MPPT的下垂控制策略進(jìn)行控制后，光伏、儲能及交流側(cè)有功功率變化趨勢如圖14所示，可以看出在并網(wǎng)側(cè)的功率變化點(diǎn)上已無可見波動，即光伏與儲能互為補(bǔ)償作用，在光伏出力不足以維持逆變側(cè)額定功率時，一體化儲能系統(tǒng)參與功率調(diào)節(jié)；當(dāng)光伏出力超過逆變側(cè)額定功率時，光伏模塊通過直流母線向雙向儲能系統(tǒng)充電，保證能量的高效利用。

圖14 有功功率變化趨勢

并網(wǎng)側(cè)電網(wǎng)電壓、電流波形如圖15所示，可以看出在工況變化時，并網(wǎng)側(cè)電網(wǎng)電壓、電流波形維持正常水平，諧波含量小，電能質(zhì)量得到保證。

圖15 并網(wǎng)側(cè)電網(wǎng)電壓、電流波形

3.2 實(shí)驗(yàn)平臺驗(yàn)證

搭建光儲一體化實(shí)驗(yàn)平臺如圖16所示，實(shí)驗(yàn)平臺參數(shù)見表2。

圖16 光儲一體化實(shí)驗(yàn)平臺

儲能側(cè)蓄電池已預(yù)充電至80%，觀測間隔為30min。在觀測時段內(nèi)，光伏板出力、儲能側(cè)功率及并網(wǎng)側(cè)功率測量數(shù)據(jù)見表3。

由表3可知，采用基于MPPT下垂控制的光儲一體化設(shè)備實(shí)驗(yàn)平臺實(shí)測所得功率具有互補(bǔ)特征，強(qiáng)光照下盈余功率流入儲能側(cè)，弱光照下缺損功率由儲能側(cè)補(bǔ)充，與3.1節(jié)仿真得到的特征相似，損耗率在0.7%～1.2%，可以驗(yàn)證所提系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和合理性，表明基于MPPT下垂控制的光儲一體化設(shè)備具備穩(wěn)定并網(wǎng)能力。

表2 實(shí)驗(yàn)平臺參數(shù)

表3 功率測量數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

在外部光照條件變化時，改進(jìn)式光儲一體化系統(tǒng)出力基本不變，逆變側(cè)有功輸出基本維持平衡。本文對含有蓄電池-超級電容器雙向儲能設(shè)備的光儲一體化系統(tǒng)進(jìn)行了模型推導(dǎo)和仿真實(shí)驗(yàn)，分析了在基于MPPT的下垂控制策略下的光伏側(cè)出力、直流母線電壓穩(wěn)定性及逆變器有功功率水平，得出了以下結(jié)論：

1）分析了雙向混合儲能模塊的光儲一體化系統(tǒng)各模塊控制原理，提出的基于MPPT下垂控制的并網(wǎng)控制策略具備靈活調(diào)控光儲一體化設(shè)備模塊間功率流向的能力。

2）仿真驗(yàn)證了3種光照工況下直流母線和交流逆變側(cè)的電壓、電流、有功功率均符合穩(wěn)定性要求，所提系統(tǒng)可靠有效。

3）通過實(shí)物實(shí)驗(yàn)對提出的光儲一體化設(shè)備并網(wǎng)控制原理進(jìn)行驗(yàn)證，系統(tǒng)損耗率較低，約為0.7%～1.2%，符合實(shí)際需求。

[1] 高海力, 譚建成. 大型光儲聯(lián)合虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)綜述[J]. 電氣技術(shù), 2018, 19(1): 1-4, 9.

[2] 崔灝然, 王金全, 黃克峰, 等. 含脈沖負(fù)載光儲微電網(wǎng)運(yùn)行特性研究[J]. 電氣技術(shù), 2022, 23(6): 69-76, 82.

[3] 孟建輝, 彭嘉琳, 王毅, 等. 多約束下光儲系統(tǒng)的靈活虛擬慣性控制方法[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2019, 34(14): 3046-3058.

[4] 陶銀正, 蒲道杰, 毛福斌. 虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)及其在光儲微電網(wǎng)中的應(yīng)用[J]. 電氣技術(shù), 2016, 17(11): 36-40.

[5] 郭立東, 雷鳴宇, 楊子龍, 等. 光儲微網(wǎng)系統(tǒng)多目標(biāo)協(xié)調(diào)控制策略[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2021, 36(19): 4121-4131.

[6] 王博, 楊德友, 蔡國偉. 大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)條件下考慮動態(tài)頻率約束的機(jī)組組合[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2020, 44(7): 2513-2519.

[7] 張丹, 王杰. 國內(nèi)微電網(wǎng)項(xiàng)目建設(shè)及發(fā)展趨勢研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2016, 40(2): 451-458.

[8] 張強(qiáng)強(qiáng). 光儲充一體化微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)度策略研究[D]. 杭州: 浙江科技學(xué)院, 2022.

[9] 聶齊齊, 張建成, 王寧. 獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)中多儲能單元協(xié)調(diào)控制策略的研究[J]. 可再生能源, 2018, 36(3): 340-345.

[10] 張繼元, 舒杰, 寧佳, 等. 考慮SOC自均衡的光儲獨(dú)立微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2018, 33(增刊2): 527-537.

[11] 楊可林, 黃瑞雯, 劉皓明. 平滑光伏功率波動的儲能系統(tǒng)充放電控制策略研究[J]. 電力需求側(cè)管理, 2015, 17(2): 17-21, 31.

[12] 魏義理. 光儲一體化微電網(wǎng)系統(tǒng)的仿真與分析[D].青島: 山東科技大學(xué), 2019.

[13] 許偉濱, 陳秋宇, 劉佳坤, 等. 光伏發(fā)電效率影響因素研究進(jìn)展及前景展望[J]. 電器工業(yè), 2023(11): 48-50, 55.

[14] 余世杰, 何慧若, 曹仁賢. 光伏水泵系統(tǒng)中CVT及MPPT的控制比較[J]. 太陽能學(xué)報(bào), 1998, 19(4): 394-398.

[15] 周林, 武劍, 栗秋華, 等. 光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法綜述[J]. 高電壓技術(shù), 2008, 34(6): 1145- 1154.

[16] WU Hongbin, SUN Hui, CAO Liang, et al. Simulation on control strategies of grid-connected inver- ters[C]//The 2nd International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems, Hefei, China, 2010: 904-908.

[17] CHANDORKAR M C, DIVAN D M, ADAPA R. Control of parallel connected inverters in standalone AC supply systems[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 1993, 29(1): 136-143.

[18] HAN Hua, HOU Xiaochao, YANG Jian, et al. Review of power sharing control strategies for islanding operation of AC microgrids[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2016, 7(1): 200-215.

Research on integrated photovoltaic and energy storage system with maximum power point tracking based droop control

TAO Xia1FANG Dongping1WANG Yingjie1WU Haibo2CAO Yuewei1

(1. Zhejiang Dayou Industrial Co., Ltd Linping Branch, Hangzhou 311102;2. Hangzhou Linping District Power Supply Company, State Grid Zhejiang Electric Power Co., Ltd, Hangzhou 311100)

Compared to independent photovoltaic (PV)-storage system, integrated PV-storage system has better volume cost advantages and distributed power generation and consumption capability. However, existing integrated systems often suffer from insufficient energy utilization. To study the integrated PV-storage equipment with high power density and high photovoltaic output utilization, and to explore the stable, reliable, and high utilization grid control methods of the integrated PV-storage system, this paper physically models the important components inside the integrated PV-storage system, analyzes the active output characteristics of the integrated PV-storage system, and proposes a droop control scheme of the integrated PV-storage system based on maximum power point tracking (MPPT). The effectiveness of the system is verified by simulation.

microgirds; maximum power point tracking (MPPT); droop control; photovoltaic and energy storage system; modeling and simulation

2023-11-25

2024-01-03

陶 霞（1981—），女，四川隆昌人，本科，高級經(jīng)濟(jì)師，主要從事電氣工程新能源領(lǐng)域研究工作。

浙江大有集團(tuán)有限公司科技項(xiàng)目（DY2023-23）