內蒙古自治區(qū)光熱與風能發(fā)電重點實驗室(內蒙古科技大學)的研究人員張繼紅、王洪明等，在2018年第6期《電工技術學報》上撰文，為解決微電網(wǎng)運行時慣性小、模式多、對負荷敏感等問題而引發(fā)的母線電壓波動現(xiàn)象，從儲能系統(tǒng)的配置優(yōu)化著手，在考慮荷電狀態(tài)的基礎上依據(jù)直流母線電壓波動幅值進行抑制，提出一種直流微電網(wǎng)母線電壓分層協(xié)調控制策略。

主要利用混合儲能的互補特性以及燃氣輪機的快起動優(yōu)勢，按照預期設計的七種模式精準抑制電壓波動，建立各自模式的功率終端和松弛終端調配機制模型，給出硬件電路和軟件設計流程，采用PSCAD/EMTDC大型仿真軟件與新能源發(fā)電、儲能綜合實驗平臺的測試結果表明：所提控制策略合理可行，達到了抑制母線電壓波動的目的，滿足預期設計要求。

微電網(wǎng)是一種能夠自我控制和管理的小型供配電系統(tǒng)，主要由分布式電源、能量轉換裝置、負荷及保護裝置構成。相比交流微電網(wǎng)，直流微電網(wǎng)毋需考慮相位同步、頻率波動、功角穩(wěn)定、無功環(huán)流等多重因素影響[1-3]，因而，直流微電網(wǎng)具有控制簡單、低運行成本和高效率等顯著特點，是近年來研究的熱點課題之一[4]。

針對直流微電網(wǎng)的三大關鍵技術問題：電壓調節(jié)、儲能管理和功率共享。國內外學者開展了卓有成效研究工作。文獻[5-9]介紹了將超級電容和蓄電池組成的雙儲能系統(tǒng)在微電網(wǎng)中的控制及應用方案，提出了實現(xiàn)雙儲能系統(tǒng)補償功率的優(yōu)化分配策略。

文獻[10-13]比較了多種提高直流微電網(wǎng)特性的控制方法，主要針對母線電壓波動原因，采用不同抑制方法達到預期效果，但沒有考慮蓄電池和超級電容的荷電狀態(tài)這一關鍵特性。文獻[14-17]介紹了柴油機、燃氣輪機以及儲能系統(tǒng)在微電網(wǎng)中的應用和綜合協(xié)調機制，但對于母線電壓調節(jié)效果一般。

本文綜合雙儲能及燃氣輪發(fā)電機的優(yōu)勢，充分利用超級電容功率密度大，彌補蓄電池調節(jié)電壓的滯后特性以及蓄電池的能量密度大，補償超級電容成本高、能量小的缺點，將兩者結合可望實現(xiàn)均衡直流母線功率;同時借助燃氣輪機快速起動優(yōu)勢，并考慮兩類儲能的荷電狀態(tài)(State of Charge, SOC)，將直流微電網(wǎng)的工作模式進行詳細劃分，針對不同工作模式在系統(tǒng)級和單元級分別提出適應當前狀態(tài)的解決方法，達到均衡母線功率并延長蓄電池使用壽命的目的。

圖1 直流微電網(wǎng)結構

圖2 直流微電網(wǎng)系統(tǒng)結構與控制框圖

結論

本文提出一種含燃氣輪發(fā)電機和復合儲能系統(tǒng)的直流微電網(wǎng)母線電壓波動分層協(xié)調控制策略。充分利用超級電容功率密度大、補償功率迅速、蓄電池的能量密度大和補償功率范圍廣的特點，兩者性能互補應用于直流微電網(wǎng)系統(tǒng)調節(jié)直流母線功率?？梢暂^好地均衡直流母線電壓波動，并為燃氣輪發(fā)電機的平滑接入提供了保障。

結合超級電容和蓄電池的荷電狀態(tài)，按照直流母線電壓限值將直流微電網(wǎng)分為七種精準工作模式，針對不同的工作模式在系統(tǒng)級和單元級分別提出解決母線電壓波動的控制策略。最后通過仿真和實驗驗證所提控制策略正確性，達到了抑制母線電壓波動的目的，滿足電壓波動的電能質量要求，為離網(wǎng)狀態(tài)下的直流微網(wǎng)穩(wěn)定運行提供理論參考。