应用于直流微电网的分布式超级电容储能系统控制策略研究

当前,节能减排、绿色能源、可持续发展成为全世界关注的焦点。“十三五”期间,我国将加快推进“互联网+”智能电网建设,全面提升电力系统的智能化水平。微电网作为智能电网的关键核心,主要分为交流微电网和直流微电网,后者具有线路损耗小、转换效率高、控制简单等优势,近年来成为研究热点。储能系统作为直流微电网不可或缺的一部分,能够有效克服可再生能源发电的波动性和间歇性,改善电能质量,是其长期稳定运行的关键。超级电容储能系统因具有充放电速度快、功率密度高等优点,在直流微电网中具有独特的优势。尤其是在系统功率变化频繁且对瞬时功率恢复速度要求较高的场合,超级电容能够提供瞬时功率补偿,保证敏感负荷以及整个直流微电网的稳定运行,增强系统接纳负荷能力以及快速恢复能力。然而,当直流微电网中含有两台及以上超级电容时,如果照搬单台超级电容的控制策略,可能会产生电流振荡的问题,影响系统稳定运行。因此,本文以应用于直流微电网的分布式超级电容储能系统为研究对象,对超级电容并联输出电流振荡问题进行了分析,提出了一种超级电容协调控制策略。此外,为分析含分布式超级电容储能系统的直流微电网稳定性,建立了系统小信号模型并进行稳定性分析。主要工作如下:首先,介绍了直流微电网以及储能技术的相关研究现状,针对直流微电网发展特点,总结了超级电容储能系统在直流微电网中的关键作用,对其现有的控制策略进行了分析,主要介绍了集中式主从控制策略和分散控制策略两大类型的控制策略,详细分析了每种控制策略的优势以及存在的问题,为本文的研究工作奠定基础。其次,分析了超级电容并联储能系统的等效电路模型,针对超级电容并联输出电流振荡问题,提出了一种基于低带宽通信的超级电容协调控制策略,解决了超级电容并联输出电流振荡问题,维持了系统的稳定性。同时还实现了功率按照超级电容SOC比例分配,从而保证各超级电容之间出力相均衡,避免了过充或欠压等极端情况,延长了超级电容的使用寿命。为了验证所提出的基于低带宽通信的协调控制策略的有效性,利用Matlab/Simulink搭建了系统仿真模型,仿真结果证明了所提控制算法的有效性。再次,为分析含分布式超级电容储能系统的直流微电网的稳定性,建立了整个直流微电网系统的小信号模型,根据Lyapunov间接法判断系统的稳定性。针对阻性负载和恒功率负载,分别建立了系统的小信号模型并对其稳定性进行了分析。此外,通过系统参数改变时特征值的变化趋势,分析系统的稳定性能,验证了所提控制策略具有较强的可靠性和鲁棒性。最后,采用RT-LAB实时仿真平台搭建了超级电容并联储能系统的实时仿真模型,对本文提出的基于低带宽通信的超级电容协调控制策略进行了仿真验证,实时仿真结果证明了所提控制策略的可行性和可靠性。