摘要：储能装置是微电网的一部分，对保证电力系统运行的经济性、可靠性起到关键作用。在风光互补发电系统组成的微网中，储能技术的应用占有重要地位，为了优化混合储能系统的运行，利用滑动平均滤波算法将目标平抑功率分配到蓄电池和超级电容器中。考虑到各储能元件的荷电状态，提出利用模糊控制理论改变平均时间定值。本文就微电网混合储能系统容量优化配置展开探讨。
关键词:微电网；储能装置；优化配置
引言
微电网作为解决分布式发电并网的有效途径，将在未来电力行业发展中占据重要地位。交直流混合微电网是一个低损耗的自治系统。随着电力市场改革的推进，未来交直流混合微电网可以根据自身利益需求进行电力交易。并网型交直流混合微电网通过联络线与配电网进行电力交易，由于风、光等新能源出力以及负荷功率的波动性，造成联络线功率“峰上加峰”，通过配置储能系统能够平抑联络线功率的波动，实现交直流混合微电网的友好接入，提升电力系统对新能源的消纳能力。
1微电网系统结构
典型交直流混合微电网系统中引入氢储能系统，分布式电源包括风力发电和光伏发电，储能系统包括蓄电池和氢储能系统，并网微电网系统结构如图1所示。风力发电和光伏发电作为微电网主要电源，氢储能的充放电优先级最高，蓄电池次之；发电高峰期，首先多余电量电解水产生氢气储存，若供大于求，向电池储能系统充电，最后余量上网；负荷高峰期，风力发电和光伏发电供不应求时，优先燃料电池发电系统作为主要电力供应，次之电池储能系统向微电网供电，若此时电力供应仍不足，则从电网购电满足微电网负荷需求。
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图1并网微电网系统结构
2储能装置模型
3微电网混合储能系统容量优化配置
3.1基于EEMD的功率分配
经验模态分解(empiricalmodedecomposition,EMD)适合对非平稳非线性信号进行分析，其实质是按照不同的时间尺度特征，将多分量信号分解成一系列的准单分量信号，分解后的信号称为原信号的固有模态函数(intrinsicmodefunction,IMF)。针对EMD对非纯噪声信号进行分解时出现的模态混叠问题，为得到更加准确的IMF分量，EEMD向待分解信号多次添加均匀白噪声再滤除。通过EEMD方法分解后的结果如下所示
式中：X(t)为待分解信号；hi(t)为原信号的第i阶IMF分量；rn(t)为分解余量。借助IMF分量构造一种新的时空滤波器，通过选取合适的滤波阶数d，将原信号分成两部分，滤波阶数小于等于d的IMF分量之和为高频部分xh(t)，阶数大于d的IMF分量及余量之和为低频部分x1(t)，可分别表示为式中：
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d为滤波阶数，且0≤d≤n，d值越小，则低频部分包含分量越多，高频部分包含分量越少；d值越大，则高频部分包含分量越多，低频部分包含分量越少。通过EEMD对混合储能系统总功率进行分析，根据锂电池和超级电容器的特点，混合储能系统总功率中低频部分由锂电池来平抑，高频部分则由超级电容器来平抑，从而完成混合储能系统的功率分配。因此，锂电池的充放电功率指令PB0(t)和超级电容器的充放电功率指令PC0(t)分别表示为
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3.2固定滑动平均值下的系统控制
从系统结构出发，考虑滑动平均滤波平滑原理。功率分配的目的是实现系统的功率平衡，根据负载的功率需求和分布式电源的功率出计算出混合储能系统需要平抑的功率值PES，如式所示:
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其中，Pwind为风力发电功率;Ppv为光伏发电功率;Pload为负载功率。充分利用蓄电池和超级电容器的互补性，因此确定了混合储能系统的能量管理方式:超级电容器承担混合储能系统功率中的频繁波动部分，蓄电池承担混合储能系统功率中的平滑部分。为区分储能系统功率中的频繁波动部分和平滑部分，本文采用滑动平均滤波的方法。设蓄电池的参考功率为Pbat，t，超级电容器的参考功率为Puc，t。通过MATLAB模拟储能单元承担的总功率Pref，直接了解T对平滑效果的影响。由此可见，T越小，滑动滤波器的通带越窄，则Pref经过滑动滤波器后的所得到的Puc，t越大、Pbat，t越小，超级电容器所分配的能量越多，蓄电池所分配的能量越少。T越大，滑动滤波器的通带越宽，则Pref经过滑动滤波器后的所得到的Puc，t越小、Pbat，t越大，超级电容器所分配的能量越少，蓄电池所分配的能量越多。
3.3容量优化模型的建立
（一）目标函数的建立。以供电可靠性作为配置储能装置的首要目标，在保证可靠性的同时，把储能装置的初始建造费用最少作为目标函数。其中，初始建造费用包括蓄电池的投资费用和超级电容器的投资费用。（二）目标优化的约束方程。(1)发电盈余的约束。设第x月盈余电能最多，用E(i)表示，n为当月的天数。设装置的恢复时间为t1，而容量不应该大于盈余电能的平均值，如公式所示:
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(2)发电不足的约束。假设第y月盈余的电能最多，用E(j)表示，n为当月天数。设t2为系统自给的时间，容量不应该小于缺额电能的平均值，如公式所示:
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(3)功率不足的约束。在混合储能装置中，考虑到各部件的特性，可以采用基于电池和超级电容器的工作模式为具有意外冲击负载的用户供电。当只有储能装置提供电能时，储能装置的输出功率不能低于负荷峰值，公式如下:
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式中:Psb为蓄电池功率;Puc为超级电容功率;t为保持时间;PLmax为冲击负荷时的输出功率。
结语
混合储能系统的配置方案受滤波阶数的影响。滤波阶数越大，低频波动部分包含分量越少，高频波动部分包含分量越多，使得所配置锂电池的额定功率和额定容量减小，超级电容器的额定功率和额定容量增大，而系统年综合成本呈现先减小后增大的趋势。选取最优的滤波阶数有利于最大限度地降低系统年综合成本。
参考文献
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