文档介绍：,:2011-02-21作者简介:董博(1983-,黑龙江籍,博士研究生,研究方向为分布式发电与储能系统;李永东(1962-,河北籍,教授/博导,研究方向为电力电子与电力传动。分布式新能源发电中储能系统能量管理董博,李永东,郑治雪(清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084摘要:本文对蓄电池和超级电容组成储能系统的能量管理进行研究,根据两种储能装置的特点和剩余容量以及分布式发电系统的状态,将储能系统的工作模式分类,并对每种工作模式采用不同的控制策略,发挥蓄电池和超级电容自身的优点,保证系统内部的功率平衡,减小风能、太阳能等新能源发电系统功率波动对外部电网的冲击,并实现孤岛运行。最后通过分布式新能源发电系统仿真和实验平台对控制策略进行了验证。关键词:蓄电池;超级电容;分布式新能源发电;能量管理中图分类号:TM912文献标识码:A文章编号:1003-3076(201201-0022-041引言随着风能、太阳能等新能源发展越来越迅速,在分布式发电系统中,由于系统需要具有运行在孤岛条件下的能力,并给本地负载提供持续可靠的电能,同时,为了减小新能源输出功率的波动对外部电网的影响,储能系统是必不可少的。一种高能量存储密度、响应时间短、成本低、寿命长、易维护的储能装置是我们期望的,但是目前任何一种储能设备均不能满足上述所有要求。蓄电池具有存储容量大,成本低,维护简单等优点,目前已经广泛应用于电动车、微电网等领域[1],但是其响应速度慢,充放电次数少等缺点在与风能、太阳能等新能源发电系统配合时显得尤为明显。而超级电容具有能够快速响应、反复充放电次数多等特点,因此将二者结合成为一个储能系统,通过电力电子变流器和能量管理系统的协调控制,使得两个储能装置能够发挥各自的优点,在分布式新能源发电中将得到广泛应用[2,3]。在如图1所示的交直流母线混合型分布式发电系统中,采用风能(2KW和太阳能(1KW发电,通常情况下,二者均运行在最大功率点跟踪状态,由于风能和太阳能输出功率会随天气等因素发生剧烈变化,因此需要超级电容(72V,70F作为快速储能装置;为了保持系统长时间能够稳定运行在孤岛状态,采用蓄电池(6节12V,65AH串联作为长期储能装置。但是,对于两种不同的储能单元,需要根据自身的特性和剩余容量状态以及外电网的情况采取不同控制策略。2储能系统工作模式超级电容和蓄电池的剩余容量(SOC是决定系统能量管理的主要参考数据。超级电容的SOC与端电压的平方成正比,因此通过测量超级电容端电压就可以获得其剩余容量。但是蓄电池工作时端电压与剩余容量没有确定的函数关系,因此需要间接测量,本系统采用卡尔曼滤波和系统参数集成的方法在线计算蓄电池SOC,在文章[4]中有所论述。根据超级电容和蓄电池的特性,设定超级电容SOC在20%90%间是正常状态,低于20%为低容量状态,高于90%为高容量状态;蓄电池SOC在30%90%间是正常状态,低于30%为低容量状态,高于90%为高容量状态。因此,在实际应用中可能出现如表1所示的九种模式,我们对每一个模式采取一种控制策略,在系统运行时通过对超级电容和蓄电池SOC的检测和外电网的情况来确定储能的控制策略。为了描述方便,将这九种模式分为四类:均正常(模式MNN、超级电容异常(模式MLN、MHN、蓄电池异常(模式MNL、MNH、均异常(模式MLH、MHL、MLL、MHH[5]。本文将对储能系统在不同模式下并网和孤岛的控制策略进行介绍。第1期董博,等:<30%正常30%90%高>90%低<20%MLLMLNMLH正常20%-90%MNLMNNMNH高>90%MHLMHNMHH3不同工作模式的控制策略为了保证系统内的功率平衡,减少功率波动对外部电网的影响,储能系统用于吸收或释放新能源输出与负载消耗的功率差,在忽略变流器损耗等情况下,可以得到等式(1:Pstorage=Pbatt+Psc=Pwind+Psolar-Pload(1其中Pstorage为储能系统吸收的总功率,Pbatt为蓄电池吸收的功率,Psc为超级电容吸收的功率,Pwind为风机发出的功率,Psolar为太阳能电池板发出的功率,Pload为负载吸收的功率。通过检测风机和太阳能输出的功率和负载吸收的功率可以得到储能系统应该吸收或释放的总功率Pstorage,因此需要根据蓄电池和超级电容的特点和剩余容量状态分配Pbatt和Psc。通过检测蓄电池和超级电容的端