3）第3层区
当超级电容端电压达工作最高限制Usc4=15V停止工作后,系统中只有锂电池储能充电,电流大小为3A,当充电达到其剩余容量最高限值Sbmax=90%时,其充电电流减为0。此时,直流母线电压瞬间上升到45.3V,但由于光伏CV的控制作用,母线电压被控制在约43V,系统稳定运行,如图10所示。
4）第4层区
当时,系统进入第4层区运行。光伏进行MPPT控制,其输出功率小于负荷消耗功率,引起母线电压下降,HESS开始工作。
当直流母线电压从40V下降到36.3V时,超级电容开始以2A的电流放电,将母线电压瞬间提高到38.2V,如图11所示。随着超级电容不断放电,其端电压持续降低,当其下降到Usc2=7V时,锂电池储能开始投入运行。经下垂控制,锂电池储能放电电流从0开始平滑增加,通过为直流母线提供功率,起到提升母线电压的作用,此时超级电容储能放电电流从2A逐渐减小,2者相互配合,通过放电调节母线电压,如图12所示。
5）第5层区
当时,系统进入第5层区,运行波形如图13所示。超级电容端电压已达最低限值Usc1=3V,停止工作。只有锂电池储能放电,电流
图9HESS充电时系统运行状态
图10第3层区系统运行状态
图11超级电容放电时系统运行状态
图12HESS放电时系统运行状态
图13第5层区系统运行状态
大小为3A,当放电达其剩余容量最低限值Sbmin=20%时,其放电电流减为0。此时,直流母线电压瞬间下降到35.6V,但由于及时切除次要负荷,使母线电压回升到39V,保证了系统的稳定运行。
3、结论
本文将超级电容器和锂电池组成的混合储能系统接入直流微网,提出了一种改进后的混合储能控制策略;在分析微网结构及功率流向基础上,提出对直流微网的电压分层协调控制策略,阐述了各层区下光伏变换器、超级电容变换器、锂电池变换器的启动条件和工作状态。并搭建系统实验平台进行验证,得出如下结论：
1）本文所提出的适用于并联结构的混合储能改进控制策略,能够使得超级电容高功率密度和锂电池高能量密度优势互补,优化各自输出特性;通过在相应工作层区的协调配合,实现了HESS调整直流母线电压和平衡系统功率的目标;通过下垂控制,实现了自动响应,无须依赖相互通信。
2）考虑到直流微网中变流器类型多、直流电压变化范围宽的特点,可根据直流母线电压变化对微网进行分层控制。该电压分层控制策略中,将系统运行划分为5个层区,通过光伏变换器MPPT、CV控制和HESS电压下垂控制及系统减载的协调配合,自动调节母线电压,平滑层区之间的切换,实现微网在各类工况下的稳定运行。
作者 孟润泉,刘家赢,文波,韩肖清
