針對(duì)鋰離子電池和超級(jí)電容的放電特性，提出DC-DC側(cè)對(duì)等式并行雙環(huán)控制策略，控制直流母線電壓穩(wěn)定的同時(shí)，利用控制環(huán)路自身帶寬濾波特性及交流功率前饋達(dá)到功率分配效果；采用滯環(huán)PI控制方法，保證超級(jí)電容不會(huì)過放或者過充。
DC-AC側(cè)采用雙同步坐標(biāo)系下不平衡電流控制結(jié)構(gòu)，有效跟蹤不平衡參考電流。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的協(xié)調(diào)控制策略能有效抑制直流母線電壓沖擊與波動(dòng)，顯著提高了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)；同時(shí)，超級(jí)電容利用效率得到提高，微電網(wǎng)在過渡狀態(tài)下的性能也得到了改善。
微電網(wǎng)以其對(duì)分布式電源的有效利用及靈活智能的控制特點(diǎn)，成為許多國家未來電力發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)之一。而微電網(wǎng)中一般含大量的光伏和風(fēng)電等分布式電源，分布式電源波動(dòng)性會(huì)對(duì)系統(tǒng)的安全供電和電能質(zhì)量帶來負(fù)面影響。因此，在系統(tǒng)中配備一定的儲(chǔ)能單元，既可以提高分布式電源的發(fā)電利用率，又能抑制其波動(dòng)性和間歇性，降低對(duì)系統(tǒng)或者電網(wǎng)的沖擊與影響。
傳統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置充、放電速度慢、循環(huán)次數(shù)少且壽命短；新型的動(dòng)力型鋰離子電池雖然具有較高的放電速率，但是其成本高昂，而且充電速率不宜過快。因此，需要尋求一種響應(yīng)速度快、循環(huán)壽命長的儲(chǔ)能轉(zhuǎn)置與之相配合。
超級(jí)電容正是符合該要求的新型儲(chǔ)能裝置，超級(jí)電容（Ultra-Capacitors,UC）與電池組成的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)（HybridEnergyStorageSystem,HESS）受到了廣泛關(guān)注與研究[1]。文獻(xiàn)[2]研究了HESS各種不同的配置方式及其優(yōu)缺點(diǎn)。
文獻(xiàn)[3-5]研究了HESS直流接入的功率分配與協(xié)調(diào)控制。由于直流接入應(yīng)用場合單一，耦合度高，因此本文采用HESS交流接入方式，方便應(yīng)用于包括光伏在內(nèi)的各種微電網(wǎng)系統(tǒng)。
目前，對(duì)于混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究，國內(nèi)外大部分工作都集中在如何在電池和超級(jí)電容之間進(jìn)行功率分配以減小電池的充、放電深度以及平滑功率波動(dòng)。文獻(xiàn)[3]研究了直流孤島光伏發(fā)電系統(tǒng)中，鋰電池與超級(jí)電容的協(xié)調(diào)控制策略，提出超級(jí)電容補(bǔ)償光伏波動(dòng)以減少電池充、放電次數(shù)，但未涉及交流并網(wǎng)環(huán)節(jié)。
文獻(xiàn)[4]提出基于滑窗平均的功率分配控制策略，可以平滑電池放電電流。文獻(xiàn)[5]提出基于低通濾波器的功率分配控制策略，將低通濾波器引入控制環(huán)路，降低了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，同時(shí)低通濾波器截止頻率需要取舍。然而，目前的大部分研究并沒有注意超級(jí)電容充、放電深度問題。
文獻(xiàn)[6]基于混合儲(chǔ)能系統(tǒng)提出一種風(fēng)電波動(dòng)功率的平抑方法，針對(duì)隨機(jī)風(fēng)電波動(dòng)功率分解后的特性使蓄電池和超級(jí)電容器承擔(dān)不同類型波動(dòng)功率平抑的任務(wù)，充分發(fā)揮二者的儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)。
針對(duì)混合儲(chǔ)能應(yīng)用，本文首先提出一種HESS結(jié)構(gòu)，通過兩級(jí)功率變換單元接入微電網(wǎng)，可以配合包括風(fēng)、光在內(nèi)的任意分布式發(fā)電單元；其次，在上述HESS結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出兩級(jí)解耦控制策略：
①前級(jí)DC-DC采用對(duì)等式并行雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)，并行雙環(huán)冗余控制直流母線，提高控制性能，在交流功率前饋的配合下達(dá)到功率分流的運(yùn)行效果，同時(shí)保證直流母線電壓的穩(wěn)定；
②后級(jí)DC-AC采用雙同步坐標(biāo)系正、負(fù)序解耦控制結(jié)構(gòu)，內(nèi)環(huán)為電流控制，外環(huán)為直接瞬時(shí)功率控制或者輸出電壓控制，使得系統(tǒng)能夠支持微電網(wǎng)的多種運(yùn)行工況。此外，通過對(duì)AC側(cè)的靈活控制還可以增強(qiáng)微電網(wǎng)接入電網(wǎng)的友好性，提高對(duì)電網(wǎng)的故障穿越能力。
圖1HESS基本結(jié)構(gòu)
結(jié)論
本文提出用于微電網(wǎng)HESS的雙級(jí)式變流器協(xié)調(diào)控制策略及控制器參數(shù)設(shè)計(jì)，通過DC側(cè)對(duì)等式電壓解耦控制及交流功率前饋補(bǔ)償方法，完成穩(wěn)、動(dòng)態(tài)功率的分流控制；通過AC側(cè)雙同步坐標(biāo)系雙解耦控制，提高了AC側(cè)功率控制的靈活性和變換器運(yùn)行性能。
整體系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制提高了HESS的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和UC的使用效率。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：
1）協(xié)調(diào)控制策略能夠快速響應(yīng)交流側(cè)功率的波動(dòng)，有效抑制了母線電壓波動(dòng)。
2）協(xié)調(diào)控制策略能夠維持UC端壓水平，有效解決了UC能量密度有限的問題，提高UC利用率，同時(shí)降低了電池放電速率。
3）網(wǎng)側(cè)變換器控制器能夠準(zhǔn)確、快速地跟蹤不平衡電流。
來源:電工技術(shù)學(xué)報(bào)
