郭烨洺
华能国际电力股份有限公司德州电厂 山东省 德州市 253024
摘要：近年来，我国的电力行业建设的发展迅速，可再生能源（RenewableEnergySources，RES）在普通民用住宅和工业生产领域中的应用愈加广泛。光伏（Photovoltaic，PV）发电技术在各种RES解决方案中，已经有相当多的应用场景。在光伏电力系统中，电池能量存储（BatteryEnergyStorage，BES）单元在维持电能持续供应方面具有重要的作用。传统的BES单元主要使用铅酸电池作为存储介质，随着技术的不断发展，锂离子电池凭借自身能量密度高、转化效率好等特点，成为一种全新的技术解决方案。无论采用哪种BES结构作为基本的储能单位，都需要对链路中的电源进行控制，进而维持电网中的电流强度，保护BES单元的使用寿命和输出稳定性。适当的电源管理对于实现系统的高性能运行至关重要。
关键词：光伏电力；混合储能系统；能量管理；策略研究
引言
随着各国大力推进新能源政策的实施，太阳能、风能等分布式可再生能源的应用受到了广泛的重视。可再生能源出力一般都具有随机性和间歇性，若其直接并网，会造成严重的电能质量问题，特别是在公共连接点（PointofCommonCoupling，PCC）处，电网内存在的谐波、无功、三相不平衡等电能质量问题会更加突出。因此，如何治理分布式能源在并网点的电能质量问题，使得电网安全稳定运行是目前研究的热点。
1光伏发电系统对电网运行带来的影响
1.1运行调度
光伏电源自身具有一定的可调度性，但是这种可调度性会在一定程度上受到外界天气因素的影响，尤其是在一些天气变化相对较快的城市或是海拔相对较高的地区，天空中的云层对于光伏电源可调度性的影响更加明显。在电网运行商的调度系统中，如果光伏电源的整体占比相对较高，且高于临界比例，在进行电力调度的过程中就需要采取一系列的保障措施，确保电网运行过程中的可靠性以及安全性能够切实得到保障。除此之外，常规电价与光伏电价之间还普遍存在一定的差异，因此，在对电网进行调度的过程中也需要充分考虑经济性的相关问题，但是上述的所有操作都需要最大限度地避免给电网系统运行过程中的安全带来不利影响。
1.2系统保护
光伏发电系统在实际运转的过程中，如果遇到光照相对强烈的情况，那么电站在实际进行输出的过程中功率也会相应增加，进而引发一系列的连锁反应，最直接的表现就是短路电流的增加，进而增加过流保护在配合过程中的难度，加大失误问题的发生概率。除此之外，电站输出功率的变化也会在一定程度上影响熔断器的常规工作，进而给电网系统的整体运转带来十分不利的影响。若光伏发电系统在工作的过程中没有正常接入配电网，支路潮流在实际运转的过程中则多数情况下是属于单向性输出，且这种单向性输出缺乏必要的保护措施。而在光伏发电系统运转的过程中，当配电网接入之后，配电网络自身的性质也会相应地发生变化，转成多元配电网络，但是在这一过程中，网络潮流的流向则会体现出较强的随机性特点，控制难度进一步增加，为了保证系统整体的运转安全，则需要在系统中常规进行方向性保护装置的安装。
1.3电能质量
光伏发电系统在日常开展发电工作的过程中，经常会受到外界环境因素的影响，尤其是在阴雨天，空中巨大的云层，在一定程度上会遮挡住阳光，就会导致光伏电源的功率在短时间内大幅度上升或是下降，尤其是对大型的光伏系统影响更为普遍，系统内的电压在短时间内就有可能出现闪变，进而出现较大的频率波动，除此之外，也有部分类型的光伏发电系统是进行直流电发电的，在进行电网接入的过程中，如果采用的是逆变装置法，那么，谐波的出现概率也会大幅度增加，进而使电网系统的正常运转受到影响。
2协调控制策略
在太阳能发电中，由于一系列不确定和不稳定的功率输出特性，当连接到大型电网时，其性能将受到极大影响。因此，当微电网连接到电网时，它必须同时满足一定范围的电压差、频率差、相位差和电流畸变系数。因此，为了确保微电网并网运行的稳定，有必要使用混合储能系统来补偿和吸收系统的不稳定功率。在本文中，我们选择电池和超级电容器作为混合储能系统的组件。为了协调充放电，太阳能微电网控制系统可以实现电网的安全稳定运行。因此，在下面的分析中，讨论了微电网并网运行中储能组件的控制策略。
2.1?单一并网条件下的策略
混合储能系统的控制目标是改善从微电网到大型电网的电能质量，并稳定可再生能源引起的电能波动。充分利用所分析的储能组件的属性并合理分配它们。受抑制的功率提高了储能系统的性能，并延长了使用寿命。考虑到上述问题，当前的控制策略如下。（1）滤波是提高可再生能源并网发电的输出功率质量的常用方法。低通滤波器由于其自身的特性而带来可再生能源的功率波动，从而获得稳定的输出功率参考值，而缺失部分则由混合储能系统补充或吸收。（2）针对混合动力储能系统配电问题的当前主流方法是利用超级电容器的快速变化特性来稳定高频功率差，并利用电池来稳定低频功率差以延长整个混合动力储能系统的寿命。当前，主要方法是规则方法和过滤方法。规则方法主要是将混合储能系统的总输出功率设置在一定范围内。在一定的功率范围内，电容器输出该功率。考虑到超级电容器的小容量，该方法将超级电容器的充电和放电功率保持在较小水平。但是，这种设计方法会使电池在不同的输出功率范围内跳跃，加剧了频繁的充电和放电情况，并缩短了整个混合储能系统的使用寿命。滤波方法是通过低通或高通滤波器将新能源发电系统的输出功率分为高频部分和低频部分。在获得超级电容器和蓄电池的输出功率参考值之后，由于总线电压是恒定的。因此，将功率参考值转换为电流参考值，然后，使用双向DC/DC转换器的电流闭环控制来获得每个组件的理想输出。该方法原理简单、效果好、适用范围广。
2.2?满足并网功率的质量和混合储能能量分配的策略
分配是系统中的功率平衡，用于稳定DC总线电压，实时感测负载和太阳能电池的输出功率以及计算混合储能设备的功率参考值。它根据电池和超级电容器的性能分配储能设备吸收或消耗的功率，并根据储能元件的SOC确定储能设备的工作模式，以优化系统的工作状态并延长储能设备的寿命。
结语
本文提出了一种针对电源系统的灵活电源管理策略，可以在含有电池转换器和光伏逆变器的系统中高效地使用。该能量管理策略能够充分利用电力系统中组合架构之间的连接关系，有效缓解了电池能量存储所产生的过充电、欠充电问题，并将充放电电流控制在一个相对稳定的范围内，延长了电池的使用寿命。通过设计实验，证明了本文所提策略可以使用于多种实际应用场景，有效增强能量的转换效率，降低使用成本。
参考文献
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