赵猛
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摘要：随着经济的发展，传统化石能源的大规模使用导致了自然环境的恶化，传统化石能源的使用也是一个伴随着日益枯竭的问题。分布式能源具有灵活的位置、环保和投资成本低的特点，可以通过大电力网提高电力的可靠性。目前，单一储能微电网的电能质量难以提高，稳定性难以控制。基于此，本文通过将分布式储能系统引入到微电网控制系统中，首先对储能系统结构进行设计，随后对储能系统控制策略和算例分析，优化储能系统设计，最后通过算法的引入，达到优化微电网控制运行的目的，解决运行过程中的削峰填谷问题，提高微电网运行效率。
关键词：微电网；储能；控制策略
1 绪论
1.1 研究背景及意义
随着电网规模的不断扩大，超大型电力系统的弊端也越来越明显，同时传统资源的短缺矛盾越来越突出。微电网具有灵活的电源位置、环保和投资成本低的特点，可以适应分布式电源的需求。从电网的观点来看，分散能源是无法控制的能量。为了减少分布式发电对大电力网的影响，分布式发电机的处理常常受到限制和孤立，一定程度限制分布式能源效率的充分发挥，削弱了分布式发电的优势性和潜在力。微电网系统能实现自身的控制、管理、保护，并将分布式发电单元、能源储能系统、电力电子装置一体化进行能源转换，并且多负荷和监视保护装置。由于容量和规模的限制，微电网很容易受到内部能源分布和负荷变动的影响。这种情况在微电网的运行中尤为明显，因此微电网的输出非常多变，难以控制。储能系统能有效地克服分布式微电网发电机和负载的功率波动。
目前，我国的微电网分布能源系统最显著的问题是：①微电网的可靠性和安全性问题。传统的大电力网运行稳定，要求供电可靠，优化运行时必须考虑这一点，最优化微电网的运行也关注着这个问题。在经济研究中，考虑可靠性和安全性是微电网结构经济运行的重要特征。在电力市场的环境下，以更灵活的方法体现着安全、稳定、经济、可靠性的特征。譬如，在微电网增加能源电池，电动汽车等的能源储藏设备，有效地解决高峰谷充足问题，实现了经济的稳定，整个电网正常运行。②微电网容量计算问题。基于现有技术，微电网投资运营的关键是如何有效地定位和固定微电网容量，不仅能有效地降低能源购买成本，还能优化能源的利用和转化。微电网中的各种电源的合理建模和算法更新都是应该解决的问题。基于此，本文通过将分布式储能系统引入到微电网控制技术中，首先对储能系统结构进行设计，随后对储能系统控制策略，优化储能系统设计，达到优化微电网控制运行的目的。
1.2 主要研究内容
本文研究内容结构安排如下：第一部分：对国内外储能技术研究现状进行介绍，介绍课题的研究背景和意义，说明本课题的研究的必要性。第二部分：对于微网电池组成的储能系统，文中分析了直流侧并联储能系统的拓扑结构，在此基础上，提出了一种新的分布式储能结构，使各储能单元的储能系统能够进行相对独立的控制。根据相应的超级电容器和蓄电池电路分析节能系统输出特性，提出了储能装置充放电过程的控制策略和储能系统的能量分配控制方法，这对于确保完成蓄电池充放电过程非常重要，同时也验证了微电网的稳定性。
2 系统分析
2.1 储能系统原理
直流微电网储能系统常选择电池作为系统主电源的微电源，同时将多个电池组装入直流母线储存能量系统，选择稳定输出，选择三相变频器进行微变频，作为系统补充能源，提高了系统的稳定性和耐久性。在整个系统中，太阳电池的微电源通过升压电路与直流母线连接，系统的能源流从光电阵列向母线方向传输，多个电池组经由双向直流/直流转换器并联连接到直流母线，通过电能和化学能保证能量的双向转换。一般来说，电阻负荷占总线负荷的大部分，也可以通过逆变器连接的交流负荷，通过微电网连接到电网。
2.2 混合储能系统分析
在微电网中，也常常采用混合储能系统。混合储能系统可以与直流或交流平行连接。在这种布局结构中，混合储能系统中的不同混合储能系统和发电单元并联地连接到交流侧不同的直流/交流装置或直流/直流装置，混合式控制器发送两个独立的控制信号，并与电池和超级电容连接，可分别控制电容器的充放电。
3 控制策略
3.1 微电网运行控制目标
为了保证在微电网的工作中注入电网的电力率的稳定，需要控制能源储能系统，抑制可再生能源的电力变动。充分发挥微电网分布式电源的环境优势，减少对主网络的影响，提高微电网的功率供给性能。
3.2 储能系统控制策略
蓄电池的控制战略是基于稳定的混合储能系统的全部功率平滑部分。控制蓄电池的直流/直流转换器采用本文提出的外部环路电力和内部环路电流的双闭环路控制策略。为了保护蓄电池，控制器中的电池的充电状态判断环节评估电池的充电状态，判断电池的充电状态是否能够抑制这部分的电力变动。电容的充放电过程是利用电荷积蓄来积蓄能量的物理变化。与化学蓄电池相比，超级电容器具有电力密度高、使用寿命长、工作范围广、充放电流大、反应快、环保、温度适应性强等优点。因此，由于微电网高频功率的频繁变动，超级电容器满足了微电网暂时停止中的峰值功率，提高了微电网的稳定性。
4 策略分析
蓄电池和电容器通过不同的直流设备连接到直流总线。混合控制器生成相应的直流设备的触发信号。电容器采用转换器和电压调节器，在满足微电网操作的前提下可以优化电容率。电池能避免过充电和过放电，延长寿命。连接两个组的直流设备经由直流/交流转换器连接至交流母线，以保持母线电源的稳定性。
储能系统的整体结构是基于本地策略控制器的。其次滤波器的时间常数可以由低通滤波器的第一低通滤波器确定，并且可以由本地策略控制器基于多功能函数和随后所建议的相关约束来计算输出系数。通过混合储能系统的控制战略，实现能源和电力的最优化分配。粒子算法具有收敛速度快、稳健性好、容易实现、效率高的优点，能够找到全球最佳答案。在微网计划、微网配置、微网运行等方面有良好的应用前景。通过粒子群优化算法的研究，能够解决微电网优化操作问题。
微电网系统只需要在经济环保运行的前提下满足电力负荷的需求，通过分析，利用各电源的运行成本和效率，得到满足最小功率负荷和微网总成本的微电网成本。通过每月负荷数据，可得微电网各时间并网运行的发电成本。谷时的春秋两季度的用电成本远低于夏冬两季度，主要是谷时春秋两季度的电负荷均满足购电需求。为了在储能微电网中验证本文优化控制策略和方法的有效性，需要比较优化前后的日发电成本。
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从上表可以看出，采用了粒子优化算法优化微电网后，考虑到春季典型运行费用和网络运行方式的系统环境成本，发电成本得到了极大的降低，有效地提高综合的效果，提高整个系统的运营效率和经济效益比。
5 结论
解决微电网优化问题是微电网研究的重要组成部分。在分析后确立了微电网的经济环保运行的控制战略。通过算法和实例验证了控制策略的有效性和可实现性。对于由微网电池组成的储能系统，分析了交流侧并联、直流侧并联、交流侧并联和直流侧并联储能系统的拓扑结构，提出了一种储能优化控制方式。根据蓄电池电路分析节能系统输出特性，找到了储能装置充放电过程的控制策略和储能系统的能量分配控制方法。以粒子算法为基础，构建微电网系统结构模型，对各个时段的储能系统进行优化，分析优化前后的微电网发电成本，提高整个系统的运营效率和经济效益比。
参考文献
[1]韦伯鲁.微电网中储能系统优化调度研究[D].南昌大学,2020.
[2]郭小嘉.微电网储能系统容量优化配置研究[D].兰州交通大学,2020.