郭子健
深圳库博能源科技有限公司 广东深圳 518057
摘要：本文以风/光/储发电系统为基础设计储能控制器，通过开展系统功率交换、储能控制及仿真试验，得出在使用电压外环和电流内环控制方法的基础上，直流母线电压的稳定性可以得到保障，系统负荷供电的稳定性也可以得到保证，有十分显著的适应性和实用性。由此可以得知，分布式储能在风/光/储系统中应用有其显著的优势，对维护直流母线电压稳定有十分重要的意义，值得推广应用。
关键词：分布式储能；风/光/储系统；直流母线；储能控制器
太阳能资源和风能资源均有间歇性和随机性的特点，实际应用过程中极易导致电能质量受到影响，无法满足实际需求。针对这一问题，目前最为常用的解决方式是配置储能设备，实践应用发现，通过应用储能技术，可以最大限度减缓光、风发电的电压和功率波动，某种条件下还可以有效消除，对提升电力系统的稳定性和供电可靠性有十分重要的意义，尤其是对于增强电网调控能力意义非凡。
目前来看，广泛使用的储能技术主要有两种形式，即集中式储能和分布式储能，两种储能技术实践应用过程中有较大的不同点。就集中式储能技术来说，通过将储能装置连接在交流母线上，可以维持系统功率和电压的稳定[1]。值得一提的是，集中式储能技术容量较大，多需要集中安装和控制，对保证电压稳定和系统功率稳定有十分重要的意义。但集中式储能技术应用过程中也存在一定的局限性，比如集中性和规模化的集中储能本身便有较大的难度，且在运行过程中会存在运输损耗的情况。分布式储能可以将储能装置直接连接到风电和光伏发电系统的直流母线或负荷侧，有控制简单和传输损耗小的显著优势[2]。另外，分布式储能技术不会占用太多的电能运输通道，因而市场发展前景十分广阔。目前来看，通过应用分布式储能技术可以为电能运行系统提供良好的稳定电压和功率支撑，在电力系统中发挥着十分重要的作用。考虑到分布式储能在风/光/储系统中应用时有一定的难度，且要把控的技术要点较多，如何保证直流母线电压稳定显得尤为关键，因而对分布式储能在风/光/储系统中的应用要点作系统性的分析论述十分必要。
1.风/光/储独立系统结构框架
风力发电机组的三相交流电可以经过整流-逆变环节提供给交流负荷，而后光伏系统所产生的直流电压可以经过三相逆变器连接到负荷之上。如图1，这是风/光/储独立系统结构。
图1 风/光/储独立系统结构
在长期的应用中发现，在风电和光伏系统的直流母线上连接储能装置，储能装置与风电和光伏系统分别使用一套逆变器，这对于降低整体成本有十分重要的意义。更为重要的一点是，负荷侧电能质量不易受到电源频率和电压波动的影响，运行过程中无论是安全性还是可靠性均有所保证[3]。另外，储能装置可以在风、光资源充足的条件下吸收电能，当电能资源不足时可向系统放电，放电状态下电压和功率的稳定性可有所保证，同时逆变器的稳定性也可以得到保障[4]。
2.储能控制器设计要点
在储能装置功率交换模型确定的过程中，假设储能系统的电源输出功率为P1，当充电时储能装置可以吸收到P2的电能，输送给负荷的电能为P3，则在忽略系统损耗后可以求出储能装置功率传输表达公式：P3=P1－P2。储能系统的负荷容量在固定状态时，电能P3可以随着发电机输出功能率的变化而变化，即P3随着P1的变化而变化。若P3为正则储能装置可吸收足够的电能量，当P3为负时，储能装置可以向系统释放电能，以此来弥补系统功率的缺额。
目前来看，储能控制器的设计多采用电压外环和电流内环的控制方法，直流母线电压和参考电压所产生的偏差信号可以得到有效的调节[5]。电流环所输出的信号可以与三角载调制，调制信号可对斩波器电压加以调节，通过发挥调节作用可以控制充放电，储能装置的充电与放电可以得到有效的控制[6]。
3.仿真与分析要点
本次仿真试验所选用的永磁同步发电机的额定功率控制为20KW，输出的额定电流为700V，可以经过整流-逆变环节给负荷供电。所使用的光伏发电机额定功率为10KW，可以输出320V的额定电压，仿真储能装置使用蓄电池组，直流母线与Buck-Boost电路相连接，直流母线的额定电容控制为3000μF，系统的恒定负载为10KW。仿真时间的准确把控对最终所得到的结果有一定的影响，因而必须按照仿真试验的规范标准来确定时间。可以考虑将仿真时间定为2.4s，对所获得的数据进行分析，并以此构建数字模型。
在仿真模拟中发现，风速在两个时间点的状态较为稳定，且风力发电机的出力较为稳定，即0∶00-6∶00和22∶00-24∶00，直流母线的电压可以控制在700V。但是当白天风速低于测定值时，在不同时间内平均风速会有较大的变化，导致风电机组直流母线的电压稳定性会受到一定的影响，尤其是12∶00-15∶00这段时间内直流母线的电压会大幅度降低，一度降低至420V。对于光伏发电系统来说，夜间并不能产生发电能力，在白天时直流电压可以随着光照强度的增加而升高，额定光照强度最强状态出现在12∶00-15∶00时，此时段光伏系统的直流母线电压可以达到700V。当未安装分布式储能装置时，系统负荷测功率运行过程中会出现较大的波动，额定状态正常运行会出现在0∶00-6∶00时段，此时间段系统所发出的功率最为稳定。在6∶00-20∶00时段时风速会低于额定风速，光伏发电会对负荷侧功率产生较大的影响，导致功率出现较大的波动。到夜间时光伏系统的出力为0，在22∶00时因为风速突然下降，负荷功率也会迅速降低。
通过在风电机组的整流侧和光伏系统直流母线部位接入蓄电池，可以有效发挥分布式储能装置的优势，当风力和光能不足时储能装置可以放电，可以有效抑制直流母线的电压波动，确保直流母线电压始终维持在700V。就风/光/储系统中的分布式储能装置来说，其可以很好承担风力不足和夜间无光状态下的负荷供电任务。需要注意的一点是，当电源所发的电大于负荷时，必须始终保证储能装置处于满充状态，不单单要保证有足够的储能容量，而且要最大限度保证经济性[7]。
除此之外，通过配备分布式储能装置可以有效保证负荷侧三相交流电压和负荷供电的稳定性，通过合理配置储能容量，储能控制器可以被有效控制，电压和功率运行过程中不易发生波动。借助这一优势逆变器的控制难度会有所减小，负荷侧的电能质量可以大大提升。
4.结语
考虑到风能和太阳能资源有间歇性和随机性的局限性，为提升电能质量必须配备储能设备，强化电网调控能力。本文通过探究分布式储能对直流母线电压稳定的影响，发现使用分布式储能这一方案，储能装置可以有效平抑风力发电和光伏系统的直流母线电压波动，可保证交流侧负荷电压和功率处于稳定状态下。另外，在仿真试验研究中发现，通过控制储能装置，分布式储能可以维持风/光/储法系统的电压和功率。但鉴于现阶段分布式储能在风/光/储系统中的应用还存在一定的局限性，直流母线电压稳定能力受到一定的影响，因而后续要进一步加大对分布式储能技术的研究力度，掌握更多有关于分布式储能技术的知识。
参考文献
[1]侯力枫.提高风储发电经济性的双储能系统模型预测控制方法[J].电网与清洁能源,2020,250(05):101-110.
[2]何雅玲,严俊杰,杨卫卫,等.分布式能源系统中能量的高效存储[J].中国科学基金,2020,034(03):28-36.
[3]李亚,陈民铀,黎博,等.基于模糊综合评判的分布式储能系统调节能力分析[J].重庆大学学报,2020,043(05):5-14.
[4]蒲晓湘,林厚飞,金建新,等.含分布式储能的能源局域网能量优化管理方法[J].广西大学学报(自然科学版),2020,045(02):284-297.
[5]谢桦,滕晓斐,张艳杰,等.风/光/储微网规划经济性影响因素分析[J].电力系统自动化, 2019,043(06):99-111.
[6]孔剑虹,李平,黄未,等.基于分布式储能的光伏并网系统调频策略研究[J].电力电子技术,2020,329(04):85-88.
[7]孙广庆,张赛娜,杨海,等.分布式光伏/储能一体化并网技术研究及开发[J].通信电源技术,2020,037(03):54-55.