微電網(wǎng)中混合儲能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置

1、微電網(wǎng)中混合儲能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置摘要：近年來，可再生能源如光伏、風電等在分布式微電網(wǎng)中滲透率不斷增 加，但絕大部分可再生能源都易受天氣、溫度和濕度等環(huán)境因素影響，導致其能 量供應具有波動性、隨機性和不可預測性的特點。因此，可再生能源在接入微電 網(wǎng)時，會出現(xiàn)其發(fā)電功率與負荷需求不匹配的現(xiàn)象，造成微電網(wǎng)無法安全穩(wěn)定運 行。本文對微電網(wǎng)中混合儲能系統(tǒng)的容量優(yōu)化配置進行分析，以供參考。關鍵詞：微電網(wǎng)；混合儲能；容量優(yōu)化引言在微電網(wǎng)系統(tǒng)中，風、光等分布式能源存在著隨機與不可控性，因此，為了 保證微電網(wǎng)中的儲能負荷和用電量匹配，儲能裝置也必須進行合理的配置。這樣 能在改善系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時提高系統(tǒng)中電能的

2、供需平衡度。但因為各種儲能單元 價格有差異且儲能效果不同，在選擇儲能裝置的時候，應在保證儲能容量的最優(yōu) 配置下，獲得最高的經(jīng)濟效益?；旌蟽δ芟到y(tǒng)不僅能有效解決微電網(wǎng)中自調節(jié)能 力差、體積小、電壓驟降或跌落等問題，而且能提高用電可靠性。1混合儲能系統(tǒng)控制策略混合儲能系統(tǒng)的基本控制思想是將儲能系統(tǒng)需補償?shù)闹绷魑⒕W(wǎng)內不平衡功率 按照頻率高低進行分解。其中，低頻段的平均功率波動幅值小，但持續(xù)時間長， 需補償?shù)哪芰看?，因此適合電池這類能量型儲能器件補償；高頻段的瞬時功率波 動幅值大，但持續(xù)時間短，往往是毫秒級，因而需要超級電容這類功率型器件進 行平抑。由此可知，合理的功率分解策略是混合儲能系統(tǒng)控制的關。

3、1）混合儲 能系統(tǒng)動態(tài)響應提升方法，混合儲能系統(tǒng)控制方法的基本思想是將不平衡功率進 行高低頻分解，由電池平抑低頻段功率分量，超級電容平滑高頻段功率波動。但 是，該基本控制方法未考慮因電池、電池控制器以及雙向DC/DC變換器較慢的動 態(tài)響應而引起的電池儲能系統(tǒng)電流跟蹤誤差，從而導致混合儲能系統(tǒng)整體響應偏 慢，微電網(wǎng)運行穩(wěn)定性下降的問題。因此，如何提高混合儲能系統(tǒng)的動態(tài)響應速 度，成為了混合儲能系統(tǒng)控制方法研究中的一個重點。2）預測控制法，前饋控 制是在擾動發(fā)生之后被控變量未改變之前，根據(jù)其作用的大小進行控制用以補償 擾動作用對被控量的影響。將功率前饋控制引入混合儲能系統(tǒng)，基于傳統(tǒng)一階分 頻控制，

4、在超級電容控制回路增加功率前饋補償項，充分利用超級電容快速充放 電的特性，以補償直流母線的電壓擾動量?；趧討B(tài)演化控制的混合儲能系統(tǒng)控 制方法。該方法在保留電流補償回路的基礎上增加了母線電壓預測環(huán)節(jié)，并由動 態(tài)演化控制進行調節(jié)。該方法不僅提升了直流母線電壓的恢復速度，還減小了電 壓紋波。2微電網(wǎng)的混合儲能系統(tǒng)適于應用在微電網(wǎng)中的儲能裝置的適配參數(shù)如下：（1）電化學儲能系統(tǒng)： 鉛酸蓄電池，綜合效率75%85%，壽命510年，循環(huán)次數(shù)5001500次，能量 密度3550Wh/kg，功率密度75300W/kg，響應時間為100ms級；鋰離子電池， 綜合效率90%95%，壽命515年，循環(huán)次數(shù)1000

5、4000次，能量密度460 600Wh/kg，功率密度200300W/kg，響應時間為100ms級；全釩液流電池，綜合 效率40%70%，壽命1020年，循環(huán)次數(shù)500010000次，能量密度80 130Wh/kg，功率密度50140W/kg，響應時間為100ms級；鈉硫電池，綜合效率 80%85%，壽命1015年，循環(huán)次數(shù)25006000次，能量密度150240Wh/kg， 功率密度90230W/kg，響應時間為100ms級；鎳氫電池，綜合效率80%85%， 壽命1015年，循環(huán)次數(shù)大于2500次，能量密度100120Wh/kg，功率密度 150200W/kg，響應時間為100ms級；（2）

6、電磁儲能系統(tǒng)：超級電容，綜合效 率90%95%，壽命大于20年，循環(huán)次數(shù)100萬次，能量密度小于10Wh/kg，功 率密度1001萬W/kg，響應時間為10ms級；超導儲能，綜合效率90%95%， 壽命大于20年，循環(huán)次數(shù)大于10萬次，能量密度110Wh/kg，響應時間為1ms 級；飛輪儲能，綜合效率70%90%，壽命20年，循環(huán)次數(shù)大于100000次，能量 密度40230Wh/kg，功率密度大于5000W/kg，響應時間為10ms級。3容量優(yōu)化配置應考慮因素不同種類儲能系統(tǒng)的性能具有明顯差別，且經(jīng)濟性也具有很大不同，不僅要 考慮各儲能系統(tǒng)的性能問題，也應考慮不同儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟性問題。其中，鉛

7、酸 蓄電池的功率成本約為40001萬元/kW，能量成本為15002500/kWh；鋰電子 電池的功率成本為840028000/kW，能量成本為25003000/kWh；全釩液流電 池的功率成本為900015000元/kW，能量成本為22003700元/kWh；鈉硫電池 的功率成本為1萬2萬元/kW，能量成本為3300元/kWh；鎳氫電池的功率成本 為5萬元/kW，能量成本為3300元/kWh；超級電容的功率成本為10002000/kW， 能量成本為40萬100萬元/kWh；超導儲能的功率成本為15003500元/kW，能 量成本為550萬600萬元/kWh；飛輪儲能的功率成本為10004200

8、元/kW，能 量成本為42萬70萬元/kWh。由此可見，儲能系統(tǒng)的功率成本和能量成本之間 有顯著差異，因此在組合選擇的過程中，容量配置的經(jīng)濟性問題是需要考慮的主 要問題之一。4混合儲能DVR運行模式分析4.1儲能系統(tǒng)初始化充電模式DVR系統(tǒng)初始化時，若光照充足，則由光伏系統(tǒng)向儲能單元充電。蓄電池成 本較高，充電環(huán)境不佳會縮短蓄電池壽命，為抑制光伏系統(tǒng)輸出電流波動對蓄電 池的沖擊，光伏系統(tǒng)首先向超級電容器充電，當超級電容器的端電壓上升到蓄電 池額定端電壓時，蓄電池開始接受充電電流。若光照不足，則由配電網(wǎng)通過整流 裝置向儲能系統(tǒng)充電。充電完畢后蓄電池與超級電容器并聯(lián)開關K7斷開。4.2電網(wǎng)電壓正常

9、時DVR工作模式微電網(wǎng)中的分布式電源按照并網(wǎng)方式可分為逆變型電源、同步機型電源和異 步機型電源，大部分微電網(wǎng)的電源是基于電力電子技術的逆變型分布式電源，如 光伏發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池等類型的電源16。而有源電能質量治理裝置如DVR正 好與逆變型DG的變流器拓撲一致。當配電網(wǎng)和微電網(wǎng)電壓未發(fā)生電壓暫降，即 在電網(wǎng)電壓處于正常狀態(tài)下時，傳統(tǒng)DVR處于待機狀態(tài)，這造成了設備利用率低 下的問題。電壓正常時，DVR不發(fā)揮動態(tài)電壓補償功能。如果光照充足，滿足負 載要求，則DVR所接的光伏可配合微電網(wǎng)為負載供電。將配電網(wǎng)與微電網(wǎng)連接開 關K1斷開，接地開關K3閉合，此時微電網(wǎng)中的各逆變型分布式電源，連同作為 微電源的DVR系統(tǒng)，進入孤網(wǎng)運行狀態(tài)。此時光伏電池一方面給儲能單元充電， 另一方面通過斬波器、逆變器和濾波器將電能輸送給負荷。結束語對微電網(wǎng)和超級電容器的輸出功率做出建模，為了能讓一次投資成本最小， 保證微電網(wǎng)供電經(jīng)濟性，確定了其各個方面的約束函數(shù)，為了能夠解決這些問題， 用粒子群算法進行求解，并對算法進行了改進，算法經(jīng)過改進之后，局部搜索能 力提高，從而避免了算法出現(xiàn)早熟。參考文獻石肖.風光儲直流微電網(wǎng)