相比于集中式儲(chǔ)能，分布式儲(chǔ)能存在利用率更高、配置靈活、可進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。

近年來(lái)，電力電子技術(shù)與新能源技術(shù)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，光伏電池和燃料電池等可再生能源均為直流電，通常需要經(jīng)過(guò)DC/DC 和DC/AC兩級(jí)變換才能注入傳統(tǒng)的交流配電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的交流電，通常也是需要經(jīng)過(guò)AC/DC與DC/AC兩級(jí)變換才能注入交流配電網(wǎng)。與此同時(shí)，負(fù)荷的用電形式發(fā)生了很大變化，很多電氣設(shè)備如個(gè)人電腦、手機(jī)、電動(dòng)汽車(chē)等采用直流供電，必須通過(guò)AC/DC環(huán)節(jié)才能從交流配電網(wǎng)中獲得能量。由于電力電子變頻技術(shù)在空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)等電器的廣泛應(yīng)用，在交流配電網(wǎng)中，需要經(jīng)過(guò)AC/DC/AC環(huán)節(jié)才能達(dá)到變頻效果。與此同時(shí)，交流配電系統(tǒng)面臨分布式電源大量接入，負(fù)荷多樣化，潮流控制復(fù)雜化等一系列問(wèn)題。與交流配電系統(tǒng)相比，直流配電系統(tǒng)具有線路成本低、輸電損耗小、供電可靠性高、不存在頻率與相位問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)。直流配電系統(tǒng)中接入儲(chǔ)能系統(tǒng)可以顯著減小新能源發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高新能源利用率，同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以慣性阻尼，提供負(fù)荷供電可靠性。相比于集中式儲(chǔ)能，分布式儲(chǔ)能存在利用率更高、配置靈活、可進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。

分布式儲(chǔ)能單元之間的負(fù)荷分配是其核心問(wèn)題。下垂控制策略是一種典型的無(wú)互聯(lián)線控制技術(shù)，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)針對(duì)此策略進(jìn)行了大量研究。有文獻(xiàn)提出了改進(jìn)型下垂控制策略，該策略采集儲(chǔ)能單元的SOC狀態(tài)，調(diào)整給定的下垂系數(shù)，使SOC狀態(tài)較低的儲(chǔ)能單元提供較少的功率，使SOC狀態(tài)較高的儲(chǔ)能單元承擔(dān)較重的負(fù)荷。該方法可以使分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)中各儲(chǔ)能單元的SOC趨于一致，但是控制目標(biāo)單一，工作方式不夠靈活。有文獻(xiàn)提出了一種基于一致性算法的新型下垂控制策略，各控制節(jié)點(diǎn)僅與鄰近節(jié)點(diǎn)交換實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，通過(guò)算法迭代評(píng)估全網(wǎng)電壓，并實(shí)時(shí)尋找滿(mǎn)足要求的虛擬電阻，該控制策略不需要中央控制器，提高了系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性，但該控制策略過(guò)于復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)。有文獻(xiàn)提出了基于虛擬電阻的下垂控制策略，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的即插即用，但由于線路阻抗分布不均，該策略控制精度較低，因此，該策略通過(guò)中央控制器采集全網(wǎng)狀態(tài)信息，來(lái)進(jìn)行二次調(diào)整，由于存在中央控制器，該控制策略可靠性以及可擴(kuò)展性較差。有文獻(xiàn)基于分布式算法，提出了自適應(yīng)下垂控制策略，實(shí)現(xiàn)了均流及調(diào)壓目的，但采用了簡(jiǎn)單的多機(jī)并聯(lián)模型，并且使用連續(xù)時(shí)間模型分析系統(tǒng)性能，沒(méi)有考慮采樣和通信延時(shí)的因素，缺乏實(shí)際應(yīng)用的支撐。

基于電流下垂控制的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

電壓型下垂控制策略受線路之間阻抗的影響，控制精度較差，造成儲(chǔ)能單元之間負(fù)荷分配效果不夠理想。為解決傳統(tǒng)下垂控制算法控制效果不佳的問(wèn)題，本文提出了新型電流型下垂控制策略，實(shí)現(xiàn)了分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)中線路阻抗的解耦控制，提高了負(fù)荷分配的精度，并提出了該控制策略的具體實(shí)現(xiàn)方法以及關(guān)鍵控制參數(shù)的約束條件及計(jì)算方法。最后，搭建仿真和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提控制策略的有效性。

研究結(jié)論

本文針對(duì)采用電壓型下垂控制策略后，分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)各個(gè)單元之間耦合程度高、易受線路阻抗的影響、均流效果差的問(wèn)題，提出了電流型下垂控制策略，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能單元之間的線路解耦，與現(xiàn)有下垂控制相比，控制效果更好。本文深入研究了新型電流下垂控制工作原理，并提出了具體實(shí)現(xiàn)方法，給出了關(guān)鍵控制參數(shù)的計(jì)算方法，確保所提控制算法具有較好的控制效果，并進(jìn)行了相關(guān)仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，仿真、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提電流型下垂控制策略的控制效果優(yōu)于電壓型下垂控制策略。為拓展新型電流型下垂控制策略適用范圍，未來(lái)將進(jìn)一步開(kāi)展其應(yīng)用研究。

引用本文

師長(zhǎng)立, 韋統(tǒng)振, 霍群海, 何俊強(qiáng), 張桐碩. 適用于直流分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制策略[J]. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù), 2019, 8(4): 654-658.

SHI Changli, WEI Tongzheng, HUO Qunhai, HE Junqiang, ZHANG Tongshuo. A control strategy for the distributed energy storage system for a DC distribution power network. Energy Storage Science and Technology, 2019, 8(4): 654-658.

原標(biāo)題:適用于直流分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制策略