为避免超级电容和锂电池深充深放、损坏设备,需设定超级电容和锂电池的运行区间。对于超级电容,其端电压即可表征自身能量,设定最小和最大工作电压分别为Usc1、Usc4;而锂电池的运行区间需要根据其剩余容量Sb来确定,设定其剩余容量的最小值和最大值分别为Sbmin、Sbmax。当运行达到相应限值时,超级电容和锂电池停止工作。
可通过采集相应电压量实现该HESS控制策略,不需要计算功率的高低频,从而降低了控制复杂度,无集中控制器,具备即插即用的特点。让超级电容先启动来平衡系统瞬时功率,从而提高了动态响应特性,减少了锂电池充放电次数,延长了使用寿命。锂电池储能开始工作后,不仅可以在较长时间内进行充放电控制,平衡系统功率,还能配合超级电容器调整直流母线电压,防止超级电容深充深放过快。
1.3 直流微网系统的电压分层控制
1.3.1 系统电压与功率的关系
该直流微网系统功率的关系为
式中：ppvo、pbo、psco分别为光伏变换器、锂电池变换器、超级电容变换器出口侧功率;pL为直流负荷消耗功率;pdc为直流母线电容充电功率。
直流母线电压变化时,直流母线电容储存的能量变化量∆Edc为：
式中T为运行时间。
直流母线电压与系统功率流动之间的关系为
联立式(2)和(3)可得
由式(5)可知,光照条件变化引起的光伏输出功率变化及负荷消耗功率变化都会引起直流母线电压的波动。为保证各种条件下直流微网电压稳定,必须根据电压变化情况对光伏发电单元及储能系统进行调整和控制[10-12]。
1.3.2 运行层区划分及控制模式
.由式(4)可知,直流母线电压稳定是保持直流微网系统功率平衡的关键。因此,本文根据直流母线电压波动大小将系统运行控制划分为5个层区,不同的运行层区都有作为平衡节点的变换器来调整直流母线电压,确保系统功率平衡。图5为系统运行和控制流程图,其中,∆Udc为实际母线电压与参考电压的差值;a1、a2、b1、b2为运行模式判断系数。
设定系统开始运行时,锂电池、超级电容储能等各单元处于良性工作区,下面具体分析和介绍各层区运行控制情况。
1）第1层区
当a1Udcr<∆Udc<b1Udcr时,系统进入第1层区运行,光伏发电单元运行于MPPT控制模式。
当光伏输出功率和负荷消耗功率出现微小波动时,为防止超级电容和锂电池在充电和放电间频
图4锂电池储能下垂特性
图5系统运行及控制流程图
繁切换,设置该层区为HESS的不工作区。由于没有稳压单元控制,直流母线电压可在允许范围内发生较小波动。
