光储微电网功率控制方法研究.docxVIP

光储微电网功率控制方法研究 0 光伏协调控制策略 微电网技术为新能源和可支配能源能源的标准化提供了新的技术方法。作为实现智能电网中分布式电源并网发电的关键技术支撑,微电网可有效提高能源的梯级综合利用效率,提高供电可靠性和电能质量［１－２］。光伏发电系统是微电网中典型的可再生能源发电系统,为最大限度地利用资源, 需要对太阳能电池进行最大功率点跟踪(MPPT)［３－５］,然而光伏发电的最大功率点随光照、 温度等外界因素变化而改变,光伏微电源输出功率存在波动,严重时可能影响到微电网的稳定性,必须对功率波动进行平衡［６－７］。为了解决光伏微电源输出功率的有效管理问题,在直流侧配置储能设备是一个很好的解决方法,通过对储能设备的充放电控制实现光储微电网的功率协调控制,从而提高供电质量［８］。 目前广泛使用的MPPT方法主要有扰动观察法和电导微增量法［９－１０］,它们基于极值理论,算法简单易行,但受限于跟踪的快速性和稳态检测精度之间的矛盾。为克服上述缺陷,出现了许多基于自寻优控制的改进算法,这其中以变步长MPPT控制策略最为常见,文献[11-13]对此类控制策略作了详细阐述,虽各自基于的理论不同,但其核心思想均是在最大功率点搜寻的过程中改变电压步长以满足快速性和稳态精度的需要。文献提出了一种基于单变量检测的光伏电池MPPT算法,该算法仅需对光伏电池输出电流进行检测,从而简化控制系统、降低运行成本。 针对光储微电网中的协调控制方法,文献 利用蓄电池的快速响应特性,提出了通过在储能系统的传统下垂控制中引入辅助功率控制信号来提高柴油发电机和储能电池的协调控制系统稳定性的方法。文献提出一种光伏发电出力与可投切负荷的协调控制策略,利用光伏发电出力的可快速调节特性以及可投切负荷(类似于制冰机等)容量较大的特点来实现协调控制系统净出力的灵活可调,但是此方法不能应用于光储微电网中,不能使微电网有稳定的输出功率。 在分析总结光储微电网协调控制研究成果的基础上,本文基于动态阻抗匹配的光伏电池MPPT策略,引入文献中心差分的方法,使其对动态阻抗的检测更为精确,并把动态阻抗的概念应用于微电网的光储协调控制方法中,根据调节动态阻抗时MPPT状态变化,实现光储微电网中光伏发电系统与储能系统的协调控制。 1 光伏电池mppt控制方法 为研究含非线性内阻抗的电源的最大功率传输问题,定义电源的内阻抗端电压为: uｒ=f(iｘ)(1) 则母线上传输的功率为: p=ui=(Eａ-f(iｘ))i(2) 式中:Eａ为电源电压;u和i分别为电源侧的端电压和电流。 当电阻为非线性单调连续型,电源对负载的传输功率p具有唯一的最大值,这时候p′=0,即 定义非线性电阻在某一工作点的动态阻抗r～= f′(iｘ),从式(3)可以看出,当电源的内阻抗为常数r时,式(3)可以写成uｒ=ri,这时候r～=f′(iｘ)=r,即电源的内阻抗与动态阻抗相等;这说明非线性内阻网络的最大功率传输条件同样适用于线性内阻网络［１８］。电源侧的端电压对电流求导容易验证: 这说明动态阻抗等于端电压对电流求导的负数。在很多非线性电阻的端电压与电流关系无法准确得知的情况下,式(4)提供了一种阻抗的测量方式,即通过电源端口电压对时间的微分和端口电流对时间的微分获得。考虑到数字系统控制时,将式(4)写成差分形式有: 式中:O(Δiｘ)为截断误差,这由数字系统的固有缺陷造成;uｋ和uｋ－１为任意相邻两点的电压。 截断误差的存在使得r～无法精确获得,当选择较小的 Δiｘ步长可以适当提高差分方程的精度,但是受限于数字控制系统,Δiｘ步长不可能无限制减小。因此,希望提供一种算法能从本质上减小截断误差,从而提高差分方程的精度。 考虑式(5)在iｘ=iｘ０处的Taylor展开: 对式(5)进行iｘ０+Δiｘ,iｘ０间的差分运算可以得到其具有一次代数精度的完整表达式,同理可以得到iｘ０,iｘ０-Δiｘ间的差分运算表达式,联立这两个表达式可建立以iｘ０为中心的差分运算: 写成式(5)的形式有: 式(8)基于中心差分思想,提供了一种更为精确的动态阻抗r～的测量方法。相比于式(5),它具有二次代数精度,在同样的 Δiｘ步长情况下截断误差更小。 光伏电池伏安特性曲线可以视为单减函数,显然光伏电池可以看成是一个含有非线性单调连续阻抗的电源,这满足动态阻抗匹配方法的前提,因此, 完全可以把动态阻抗匹配方法应用于光伏电池的MPPT控制。 基于等效阻抗匹配的光伏电池MPPT控制原理图如图1所示。图中:PI表示比例—积分;PWM表示脉宽调制。这是一个典型的功率协调控制系统,因为蓄电池的存在使得DC-DC变换器和逆变器之间的耦合减弱,向负载输送的功率变得可控,但是蓄电池的容量有限,则光伏电池与蓄电池之间需要协调控制。 采用传统的电导微增量法或者扰动观察法的