分布式新能源发电中储能系统能量管理

丁一

摘要：随着我国可持续发展战略的持续推进，新能源产业逐渐替代传统不可再生能源成为我国各大产业中的主要能源输出。在利用新能源发电领域中，如何对分布式发电和能源储存系统进行合理、有效的管理，以保证整个发电系统各项组成部分的功率平衡及发挥超级电容和蓄电池的特点，是现阶段相关科研部门亟需解决的问题。基于此，本文针对几种不同的模式分类展开讨论，通过采取相应的控制对策，来实现分布式发电中储能系统中能源管理的最优化。

关键词：新能源发电;分布式;储能系统;能量管理

Abstract： With the continuous advancement of my country's sustainable development strategy， new energy industries have gradually replaced traditional non-renewable energy sources as the main energy output in my country's major industries. In the field of power generation using new energy， how to manage the distributed power generation and energy storage system reasonably and effectively to ensure the power balance of the various components of the entire power generation system and the characteristics of super capacitors and batteries are relevant scientific research at this stage. Problems that need to be solved urgently by the department. Based on this， this article discusses the classification of several different modes and adopts corresponding control strategies to realize the optimization of energy management in the energy storage system in distributed power generation.

Keywords： new energy power generation; distributed; energy storage system; energy management

新能源的发展符合我国可持续发展战略的统筹规划，也符合我国对能源储备与消耗的长远预期，更是未来能源发展的必然趋势。近年来，我国对于新能源的发展和重视程度逐渐增加，类似太阳能、海洋能、风能等新能源的迅速发展也为电力产业带来了新的基础能源。在分布式新能源发电系统中，为了保证发电系统能够在独立的孤島条件下为本地负载提供持续、稳定的电能输出以及外部电网不受到发电系统输出功率较大程度的波动影响，储能系统作为整个新能源发电系统中十分重要的一环，其作用是其他系统无可替代的。从理想化角度分析，符合人类期望值的储能系统需具备密度大、响应时间短、生产成本低、维护保养简单、使用寿命久的特点，但目前还没有相关储能设备能够符合以上条件。蓄电池作为常用的电量储存的设备，具有存储空间大、采购成本低、维修成本低等特点，现阶段已在许多行业中广泛应用，但由于缺乏智能充放电管理和系统响应速度迟缓等特点，经相关研究部门试验不具备作为分布式发电系统中的储能设备。超级电容在充放电管理和系统响应速度等方面较为智能，可能有效弥补蓄电池在这几方面的明显不足，因此，研究人员决定通过将超级电容与蓄电池结合形成一个整体储能系统，通过能量管理系统的控制与电力电子变流器的变流，使蓄电池和超级电容在系统内发挥各自具有的优势，从而保证分布式发电系统的可行性和持续发展。

1 储能系统工作模式

在分布式发电系统中，电能储存器和超级电容的各项性能是决定能源系统是否能保持稳定运行的重要参数。在测量超级电容器电压时，通过测量与其成正相关的单电压值的平方来测得超级电容的余量，但由于电压余量与单电压无法用相关函数关系表示出来，因此需要对单电压值进行单独测量。在测量过程中，相关研究人员通过采用卡尔曼滤波和集成系统参数的方法来简介对蓄电池SOC的参数进行测算。

根据相关实验基础数据对超级电容SOC进行设定，规定电容低于20%或高于90%均不属于正常状态;对蓄电池SOC进行设定，规定电容低于30%或高于90%均不属于正常状态，因此对蓄电池和超级电容的组合可以分为以下九种模式，科研人员针对每一种情况分别设定了唯一的控制策略，在系统实际运行过程中通过对蓄电池和超级电容SOC数值的检测来判断最优策略。表1为储能系统剩余容量模式。

2 不同工作模式的控制策略

为了计算发电系统中储能设备对于新能源输出与负载消耗所产生的功率差，以保证系统内外功率保持稳定和平衡，减少外网受功率变化所产生的影响，可以进行如下计算：

Pstorage=Pbatt+Psc=Pwinl+Psolar-Pload

上式表示为储能系统吸收功率为蓄电池和超级电容吸收功率之和，也可以理解为风机和太阳能电池发出功率与负载吸收功率之差。通过对Pwinl、Psolar和Pload数值的检测，可以求出Pstorage的值。在Pstorage一定的情况下，可以根据蓄电池和超级电容的特点和性能合理分配蓄电池吸收的功率和超级电容吸收的功率。

为了分别得到充放电电流的参考值，可以对蓄电池和超级电容的两端电压进行检测，如下式：

Ibatt-ref=Pbatt/Vbatt     或   Ibatt-ref=Psc/Vsc

根據Ibatt-ref和Ibatt-ref的参考值，采用恒流控制的方法保证交直流混合母线分布式发电系统中的双向DC-DC变流器按照系统所示的要求输出响应的功率。图1为交直流混合母线分布式发电系统。图2为双向DC-DC恒流控制框图。

2.1储能系统正常模式

由于SOCbatt和SOCsc均处于正常范围内，因此储能系统正常模式（Mnn）属于分布式发电系统中正常的工作模式。在风能发电和太阳能发电过程中，风能和太阳能具有间歇性的特点，这也就会导致发电系统中的本地负载呈间歇性波动，进而影响瞬时功率出现较大变化，而蓄电池的响应灵敏度较低，无法对高频功率波动做出及时、有效的响应，因此需要在储能系统中搭配超级电容来吸收这部分功率，但超级电容的储能空间较小，无法长时间存储大量电能，因此超级电容也需要搭配蓄电池来完成储能。

2.2超级电容异常模式

在SOCsc异常模式下，SOCbatt处于正常范围内，但SOCsc的波动值经常处于正常区间外，会导致整个储能系统无法正常吸收或释放高频功率，一旦这种模式长期存在，会导致系统无法正确识别因天气突然变化或负载异常所导致的响应失常。因此，相关人员需要尽快研发出解决这种异常模式的解决对策，以此来保证整个系统更加稳定、持续地运行[1]。

2.3蓄电池异常模式

在SOCbatt异常模式下，SOCsc处于正常范围内，但SOCbatt的波动值经常处于正常区间外，将会对微电网系统的持续工作能力造成相对较为严重的影响。在并网运行时，需要将内外部电网进行能量交换，以保证SOCbatt恢复到正常模式，尽管此方法会对电网的正常运行会造成一定的影响，但相比较其他并网模式此影响可以忽略不计[2]。

2.4超级电容、蓄电池均异常模式

在SOCbatt和SOCsc处于一高一低的两种情况下，二者可以通过直流母线实现功率均衡，从而达到相对正常的模式。如果二者的SOC均高于正常值，需要在孤岛运行时将输出功率控制在负载吸收功率以下，储能系统补充剩余输出功率，直至二者达到正常模式。如果二者的SOC均低于正常值，需要在孤岛运行时降低负担载荷来满足正常运行状态，待二者恢复正常范围后在进行并网连接。

结语：综上所述，本文就分布式新能源发电系统中储能系统能量管理方面的问题进行分析和探讨，列举出储能系统剩余容量可能出现的4种模式，对其进行分类讨论，并给出相应策略，以实现新能源发电系统与外网连接时能保证持续、稳定的电能输出。

参考文献：

[1]张登义.分布式电源及其并网对电力系统的影响研究[J].科技风，2021，{4}（17）：193-195.

[2]孙岩.区域电网光伏发电对电力系统规划的影响及分析[J].油气田地面工程，2021，40（05）：67-69.