陈干杰 张照雪 赵毅 魏小锋
许继集团有限公司许昌许继电科储能技术有限公司 河南许昌461000
摘要：社会进步中，国民用电需求逐步提升，微电网成为提高电能分配效率、优化电力资源配置的小规模电力系统，但混合储能在微电网中的运用，却对微电网的功率控制提出更多要求。因此，本文结合微电网中混合储能的基本结构，对混合储能基础上微电网功率管理措施展开研究。借此保障微电网运行可靠性，助力我国电力事业可持续发展。
关键词：混合储能；微电网；功率管理；超级电容器
引言：为在微电网应用中，平衡微电网中负载功率、可再生能源提供的功率，混合储能系统被渗透在微电网整体结构中。然而混合储能系统在协调超级电容器、蓄电池等子单元的功率分配时，要求相关人员基于微电网负载状态，加强微电网功率管理力度。因此，文章以混合储能为基础，对微电网功率管理的具体方法展开讨论。
一、混合储能相关概述
微电网作为电力行业应用较为广泛的分布式电源、储能、电力交换设备所构建的电力系统，其运行目的是在为用户提供用电服务基础上，采用孤岛模式、并网模式保障用户电能获取可靠性。但DG渗透率增加后，新能源功率随机性、波动性特征不断显现，严重应着微电网电能质量，而储能系统是用于控制新能源功率波动的系统结构，可有效维护电网稳定性[1]。
混合储能系统通常由蓄电池组、双向直流交换器、超级电容器组成，能够在储能过程中响应微电网外部充放电的基本要求，使母线电压保持在良好状态中，合理分配外部微电网多余功率，落实微电网运行过程中工作指令。电力系统储能装置中，超级电容器、蓄电池的混合使用，对提升微电网储能系统功率输出效率、减少功率损耗意义重大。同时可在蓄电池充电、放电次数的灵活控制中，延长储能设备中蓄电池使用年限，增强微电网可靠性。
二、微电网中混合储能的基本结构
以直流微电网为例，混合储能在微电网中的基本结构体现在以下内容中：首先，光伏阵列会将直流变换器、超级电容器、蓄电池等核心结构，从自身双向DC/DC变换器直接与母线建立连接通道，且交换器具有MPPT功能。在交流电在双向直流、交流后，由AC/DC、DC/DC交换器与直流母线连接后，母线会产生直流负荷。
其次，微电网中光伏电池在直流负荷作用下，会逐渐串联为整体性的功能模块，为电力系统提供直流电压，将各模块连接，使其生成足够电压、电流，满足微电网在供配电时对电压、电流的应用需求[2]。最后，微电网混合储能系统结构中，光伏阵列所产生的基本功率一般由电网温度、辐射决定，并且在辐照度稳定时，混合储能系统中光伏阵列功率电压曲线会产生“最大功率点”，之后光伏阵列会直接借助直流交换器与母线连接，适应微电网运行环境，确保电力系统运行时功率符合用户电力资源要求。
三、以混合储能为基础的微电网功率管理措施
为在混合储能基础上，确保微电网稳定性，需通过以下方式，管理微电网输出、输入功率，有效控制混合储能系统中的能量流动。
（一）确保功率分配的合理性
借助混合储能装置管理微电网功率时，应确保混合储能装置使用时，其功率初次分配的合理性。首先，应用低通滤波器对微电网混合储能设备进行滤波，滤波处理后将所获取的滤波作为混合储能系统结构中蓄电池功率补偿指令，使剩余滤波可交由超级电容器，促使微电网储能系统功率对应分配至超级电容、储电池等结构中。
具体功率分配公式为：
（1）
（2）
在公式（1）、（2）中，PHESS、Pb、Pc分别指混合储能系统、蓄电池功率补偿指令、超级电容器功率补偿数值，tS属于微电网在滤波过程中的时间常数，可根据微电网中混合储能系统各结构功率补偿频率选取。基于上述公式，微电网内滤波器可协助混合储能系统分配管理功率，并在不同工作状态，确保微电网功率控制满足混合储能系统工作要求[3]。比如当微电网储能系统功率由蓄电池供应时，可通过改变滤波器时间常数，调整微电网运行中蓄电池电流变化速度。
（二）加强最大功率限值力度
为有效管理微电网功率，在应用混合储能系统时，还应加强系统充放功率的限值力度。微电网内储能系统所需补偿功率超出超级电容器、蓄电池可提供的充放功率时，或者储能系统核心结构的基本电量即将超出限制，无法持续充电、放电时。若依然借助滤波器分配功率，将直接导致各储能单元产生“过放”、“过充”现象，甚至会损伤混合储能系统中的蓄电池、超级电容器设备。因此，应通过最大功率限值，合理修改储能单元功率分配指令，以此通过更具针对性的功率管理方案，将微电网储能系统各单元功率控制在合理范围内[4]。
（三）优化微电网功率控制流程
根据微电网中混合储能系统结构特点，管理微电网功率时，还应利用微电网的能量控制，管理微电网储能单元。具体来说，首先，假设微电网对外输出能量、输入能量分别为正值与负值，随后计算混合储能系统中静负荷功率，并将微电网不同运行时段中，PCC交换功率作为储能单元负载，实际表达公式为Pnet=PLoad+Ppv+Pwind。该公式中Pnet为微电网静负荷状态时所需的功率，PLoad为负载后的功率需求，Ppv、Pwind分别为微电网中光伏阵列输出功率、风机输出功率。结合该公式中，各状态中功率的基本变化关系，为在混合储能基础上，维持微电网功率平衡，可根据微电网运行状态，管理其功率。比如在微电网处于非净输出状态时，可由蓄电池承担功率负荷，超级电容器承担微电网负荷波动后的功率，并通过超级电容器输出功率、输入功率的灵活调整，避免微电网功率超出设定阈值。
（四）维持微电网功率平衡性
基于混合储能系统，微电网功率管理核心在于维持电网、负载、储能单元、光伏组件运行时各结构功率平衡性。但对于直流微电网，其功率波动会呈现在光伏发电、母线电压异常中，所以需要创新原有微电网功率管理方式，并利用混合储能系统中超级电容器的响应速度，解决光伏阵列、微电网负荷出现的功率失配问题，强化直流微电、交流市电交换功率时电网运行稳定性[5]。例如在微电网辐照度、周边温度值增大时，光伏发电功率、电网负载所需功率会产生不匹配现象后，可启动混合储能系统中的超级电容器，使其维持直流母线的稳定性。同时在电网功率需求持续增加后，及时补充储能装置功率补充时存在的差额。除此之外，若混合储能系统负载时，其功率小于微电网光伏发电功率时，相关人员应将直流微电网中母线电压值调整为383v，确保储能单元中超级电容器顺利吸收多余电能。
四、结语
综上所述，电力行业快速发展中，应用混合储能系统的微电网已经成为用户获取电能资源的重要电力系统。但微电网在不同运行状态时，其负荷大小不同，功率需求会有着较大差异，需要结合微电网中混合储能系统特点，有效管理电网功率，使储能系统内蓄电池、超级电容器等单元可稳定提供充放电服务，维护微电网整体运行可靠性，突出微电网在电力行业的建设价值。
参考文献：
[1]范其丽,郑晓茜,王璞等.基于混合储能动态调节的独立混合微电网分布式协调控制[J]电力系统保护与控制,2018(07):66-67.
[2]李斐,黎灿兵,孙凯等.微电网中混合储能系统的规划运行一体化配置方法[J].控制理论与应用,2019(03):119-126.
[3]李泓青,周建萍,茅大钧等.混合储能系统二次功率分配及交互控制策略在直流微网中的应用[J].电力建设,2019(05):17-23.
[4]张纯江,吕道正,董杰等.微电网中功率管理与潮流控制方法[J].电工电能新技术,2018(06):68-75.
[5]白吉欣.孤岛模式下光储直流微电网变功率控制方法[J].电力设备管理,2018(006):92-93.
作者简介：
陈干杰（1980.01-） 男 河南省临颍县 汉族 本科 工程师 研究方向：电力储能及电气自动化