风光储混合系统的协调优化控制VIP免费

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．１４．０１９风光储混合系统的协调优化控制刘霞，江全元（浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市３１００２７）摘要：为解决光伏和风电场的输出功率剧烈波动引起的电能质量下降和电网电压波动的问题，提出了利用复合储能技术分别平抑风光联合发电系统的输出功率在不同时段内的波动。在平抑功率波动过程中，提出了可变时间常数控制，不断实时优化低通滤波器的时间常数，实现了对储能系统充放电功率的灵活、快速控制，改善了储能系统的运行，减小了储能容量；同时提出最大输出功率限制控制保护储能运行在合理的范围。通过建模仿真验证了控制方法的有效性。关键词：蓄电池；光伏发电；风力发电；协调控制；超级电容器；混合储能；可变时间常数控制收稿日期：２０１１－０７－１４；修回日期：２０１２－０２－２７。国家高技术研究发展计划（８６３计划）资助项目（２００９ＡＡ０５Ｚ２２１）；浙江省科技计划资助项目（２００９Ｃ３４０１３）；浙江省自然科学基金资助项目（Ｒ１０８００８９）。０引言风能和太阳能具有储量丰富、无污染、可再生等优点，但是，风力发电和太阳能发电具有间歇性和随机性的特点，会导致电网电压的波动，同时风光联合发电系统输出功率过大，超过负荷要求时，会导致系统频率上升等问题。在直流母线或者交流系统中配备一定的储能，可提高电网运行的安全性和稳定性。电力系统中的储能技术形式多样［１］。文献［２］提出利用超级电容器平抑风电场功率波动，但超级电容器价格昂贵，其容量在满足要求的情况下很不经济。文献［３］比较了不同的储能在改善风电场输出中的应用。目前对间歇式新能源输出功率的平抑控制，主要有２种方式：一是通过直接控制分布式电源本身，改善其输出功率特性，如文献［４］提出通过风力机桨距角控制减缓其输出功率波动性；二是通过一阶固定时间常数滤波，文献［５］提出了加入电池荷电状态（ＳＯＣ）反馈控制的一阶滤波控制方法来平抑风电场的功率，文献［６］采用飞轮储能平抑短周期内功率波动，采用了随机动态优化控制的一阶滤波。本文针对风光联合发电系统输出功率变化大、变化频繁的特点，采用多元复合储能技术［７］，将具有快速响应特性的储能系统和具有大容量储能特性的储能系统联合使用以平抑功率波动，这不仅可以优化储能系统的运行，延长系统寿命，而且可以使系统获得更好的技术性能和经济指标。其中，铅酸蓄电池技术成熟、价格便宜、蓄电容量较大、充放电周期较长，但是不能频繁地充放电，适合稳定数分钟至几十分钟内的长周期、大容量的功率波动。超级电容器充放电电流较大、充放速度很快、寿命长（可达１００万次以上），但一般容量较小，非常适合需要短时频繁充放电的场合。因此，本文采用铅酸电池和超级电容器组成的混合储能系统合理搭配，分别平抑长周期和短周期的波动。１风光储系统构成与元件控制本文中的风光储混合系统主要包括风力发电和光伏阵列，以及由蓄电池和超级电容器组成的储能系统，整个系统结构如图１所示。图１风光储混合系统结构Ｆｉｇ．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｈｙｂｒｉｄｗｉｎｄ－ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ－ｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍ—５９—第３６卷第１４期２０１２年７月２５日Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．１４Ｊｕｌｙ２５，２０１２光伏电池采用最大功率点跟踪（ＭＰＰＴ）控制，经过ＭＰＰＴ控制后输出的直流电经过并网逆变器接入到三相交流电网中［８］。永磁直驱风力发电系统［９－１０］将捕获到的风能转化为频率、幅值变化的三相交流电，再经过转子侧整流器、网侧逆变器两级背靠背交直交变流器变换成与电网同步的三相交流电后接入电网。储能元件并网系统均采用直直双向变换电路和直交逆变电路两级控制结构，这种结构的优点在于：功率流动方向和大小与功率并网输出分别由前后两级独立控制，控制器设计简单。前级ＤＣ／ＤＣ双向变换电路控制储能充放电功率的大小和方向，后级并网逆变器将直流母线上的直流电逆变成与电网同步的交流电，同时实现直流母线电压的稳压功能。蓄电池模型用经典的ＣＩＥＭＡＴ...