分布式新能源發(fā)電中儲能系統(tǒng)能量管理

分布式新能源發(fā)電中儲能系統(tǒng)能量管理摘要：伴隨著太陽能、地熱能、風能等多種新能源的飛速發(fā)展，在分布式發(fā)電系統(tǒng)中儲能系統(tǒng)所發(fā)揮出的作用越來越重要，其不但能夠有效保證發(fā)電系統(tǒng)在孤島條件下的穩(wěn)定運行，還能在極大程度上降低系統(tǒng)功率波動對外部電網(wǎng)造成的沖擊影響。出于對儲能系統(tǒng)建設需求的考慮，本文選用蓄電池和超級電容這兩種儲能裝置結合成一個完整的儲能系統(tǒng)，再加上能量管理系統(tǒng)和變流器裝置的協(xié)調(diào)控制，使這兩種儲能裝置在儲能系統(tǒng)中能夠有效發(fā)揮出各自的優(yōu)勢，其具有極高的應用價值。關鍵詞：分布式；新能源；儲能系統(tǒng)；能量管理一、交直流母線混合型分布式發(fā)電儲能系統(tǒng)概述本文所提及的分布式新能源發(fā)電系統(tǒng)采用的是交直流母線混合型分布式發(fā)電系統(tǒng)，其通過風能和太陽能這兩種新能源進行發(fā)電，其系統(tǒng)結構如圖1所示。一般情況下，風能和太陽能發(fā)電都處于最大功率點的跟蹤狀態(tài)。但是因風能和太陽能發(fā)電極易受到天氣等因素的影響，從而導致系統(tǒng)的輸出功率不穩(wěn)定。所以為了保證該系統(tǒng)能夠在孤島條件下處于長時間的穩(wěn)定運行狀態(tài)，本文采用蓄電池及超級電容作為系統(tǒng)的儲能裝置，并根據(jù)這兩種儲能裝置的自身特點及剩余容量等情況制定不同的控制策略，以實現(xiàn)對能量的有效控制?！觯篸￡昭交沆矩!ft■：d￡昭交沆矩!ftlWiLLTiJ.L2n"^"二、儲能系統(tǒng)工作模式圉1更直流尿令母緘分布式新能源.發(fā)電皋蛻結構圖在本儲能系統(tǒng)中，蓄電池和超級電容這兩種儲能裝置的剩余容量是系統(tǒng)進行能量管理的關鍵依據(jù)。根據(jù)蓄電池和超級電容的特點，對儲能裝置的不同狀態(tài)進行設定。針對蓄電池而言，將蓄電池的剩余容量為30%以下作為低容量狀態(tài)，30%~90%之間作為正常狀態(tài)，而90%以上則為高容量狀態(tài)；而針對超級電容而言，將剩余容量在20%以下作為低容量狀態(tài)，20%~90%之間作為正常狀態(tài)，而90%以上作為高容量狀態(tài)?；谏鲜鰧δ苎b置不同工作狀態(tài)的劃分，能夠?qū)δ芟到y(tǒng)的工作模式劃分為9種，且每種工作模式所對應一種不同的控制策略。在分布式發(fā)電儲能系統(tǒng)的實際運行過程中，需要依照不同的狀態(tài)采用不同的控制策略。為了對這些工作模式進行更便捷的區(qū)分，可將這些工作模式大體上分為四類，分別是均正常模式、蓄電池異常模式、超級電容異常模式、均異常模式。三、不同工作模式的能量管理策略均正常模式下的能量管理策略該模式是分布式新能源發(fā)電儲能系統(tǒng)最為常見的一種工作模式，在該工作模式中，蓄電池及超級電容這兩個儲能裝置中的剩余容量均處于正常狀態(tài)。但是因系統(tǒng)所采用的風能發(fā)電和太陽能發(fā)電都存有間歇性的特性，所以在實際的運行過程中，較容易出現(xiàn)本地載荷突發(fā)性增加或減少的情況，而這種情況的出現(xiàn)就會造成系統(tǒng)中的輸出功率出現(xiàn)高頻波動。與此同時，因蓄電池裝置的充放電過程需要較長的時間，無法對這種高頻波動進行及時的控制，由此需要利用超級電容對這部分波動的功率進行控制，詳細的能量管理策略如圖2所示。此外，在分布式發(fā)電儲能系統(tǒng)處于并網(wǎng)狀態(tài)或在孤島條件下運行的過程中，同樣能夠采用上述的能量管理策略對儲能系統(tǒng)中的功率進行合理的分配，依照實際情況產(chǎn)生出所需的功率。并可以通過對增益K的有效調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對蓄電池和超級電容這兩個儲能裝置輸出功率的分配。例如在超級電容的剩余容量較大時，可以提高增益K,以此使超級電容來承擔更多的功率輸出。蓄電池異常模式下的能量管理策略針對蓄電池異常模式而言，其異常情況主要體現(xiàn)為：蓄電池儲能裝置的剩余容量較低或較高，超級電容裝置的剩余容量則處于正常狀態(tài)。在這種情況下，會降低整體電網(wǎng)系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和安全性，需在最短的時間內(nèi)使系統(tǒng)恢復到正常的工作模式。同時，在分布式發(fā)電中的儲能系統(tǒng)處于并網(wǎng)狀態(tài)時，其運行狀態(tài)同蓄電池電容異常模式較為相近，需要利用內(nèi)外電網(wǎng)交換能量的方式來恢復蓄電池裝置的剩余容量。在這一過程中也會產(chǎn)生相應的功率沖擊，但是影響并不顯著。此外，儲能系統(tǒng)在孤島條件下運行時，因超級電容裝置的能量存儲能力有限，無法在短時間內(nèi)通過能量傳遞來使蓄電池裝置恢復到正常狀態(tài)。對于這種情況只能通過超級電容來維持能量的傳遞，直至并網(wǎng)成功后再將蓄電池裝置充電到正常的運行狀態(tài)。超級電容異常模式下的能量管理策略針對超級電容異常模式而言，其異常情況主要體現(xiàn)為：蓄電池儲能裝置的剩余容量正常，但是超級電容儲能裝置的剩余容量則出現(xiàn)較低或較高的異常情況。在這種情況下，分布式發(fā)電儲能系統(tǒng)的吸收和釋放高頻功率的性能會出現(xiàn)降低，甚至會造成系統(tǒng)的相應能力喪失。需在最短的時間內(nèi)使系統(tǒng)恢復到正常的工作模式。同時，在分布式發(fā)電中的儲能系統(tǒng)處于并網(wǎng)狀態(tài)時，可以將外部電網(wǎng)看作為一個無窮大的電網(wǎng)連接，由此超級電容則能通過能量傳遞將自身超出的能量傳遞至外部電網(wǎng)，進而使自身恢復到正常狀態(tài)。此外，儲能系統(tǒng)在孤島條件下運行時因缺少外部電網(wǎng)的輔助支持，所以必須保證儲能系統(tǒng)時刻處于功率平衡的狀態(tài)，由此需要利用超級電容來提高系統(tǒng)的響應能力。并且為了提高分布式新能源發(fā)電輸出功率的穩(wěn)定性，還應加強蓄電池和超級電容這兩個儲能裝置間的能量傳遞，以此實現(xiàn)對能量有效管理。均異常模式下的能量管理策略針對均異常模式的能量管理策略而言，需要對上述兩種異常模式進行綜合考慮，通過直流母線的互相均衡，來使異常模式轉(zhuǎn)變?yōu)樯鲜龅哪硞€模式，由此再采取相應的管理策略對其進行控制。對于均異常模式下的能量管理策略而言，可以分為兩種：一是超級電容和蓄電池剩余容量均過高的情況，這時要在孤島運行時對其輸出功率進行控制；而針對超級電容和蓄電池剩余容量均過低的情況而言，要切除不必要的負載來維持敏感負荷的正常，以保證發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定。四、結語綜上所述，本文將由蓄電池和超級電容共同組成的混合儲能系統(tǒng)依照剩余容量的不同劃分為多種工作模式，并結合蓄電池和超級電容這兩種儲能裝置的特點制定出針對性的能量管理策略，以此實現(xiàn)分布式新能源發(fā)電系統(tǒng)中的功率平衡，盡可能減少系統(tǒng)內(nèi)部功率波動對外部電網(wǎng)造成的沖擊影響，保證分布式發(fā)電系統(tǒng)在孤島條件下的平穩(wěn)運行，有效實現(xiàn)了混合型儲能系統(tǒng)的能量管理，大大提高了儲能系統(tǒng)能量管理的有效性。參考文獻：吳健超?含分布式能源的家庭能量管理系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度研究[D].東南大學，2017.孫博，魏海坤.基于分布式發(fā)電的多類型儲能系統(tǒng)的設計與應