針對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的功率波動(dòng)問(wèn)題，研究了一種基于雙回路SOC調(diào)節(jié)的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)功率平滑控制策略。對(duì)含有全釩液流電池和鋰電池的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過(guò)雙回路SOC調(diào)節(jié)控制，合理分配鋰電池和液流電池的實(shí)際輸出功率，并實(shí)時(shí)更新混合儲(chǔ)能的荷電狀態(tài)。

該控制策略實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電有功功率的平滑需求，并且使鋰電池和全釩液流電池的SOC值穩(wěn)定在安全范圍內(nèi)，可以有效減少鋰電池的充放電次數(shù)，達(dá)到保護(hù)電池的目的。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了控制方法的有效性。

風(fēng)能已成為世界上主要的清潔能源之一，但風(fēng)力發(fā)電具有間歇性、波動(dòng)性、隨季節(jié)變化等特點(diǎn)，大規(guī)模集中并網(wǎng)會(huì)造成電網(wǎng)發(fā)電與負(fù)荷偏差、頻率不穩(wěn)定等問(wèn)題［1，2］。平滑風(fēng)電場(chǎng)輸出功率以減小大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)造成的問(wèn)題具有極其重要的意義。

隨著儲(chǔ)能和電力電子技術(shù)的發(fā)展，利用儲(chǔ)能技術(shù)平滑風(fēng)電場(chǎng)輸出功率、減少風(fēng)電波動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響成為了近年來(lái)的研究熱點(diǎn)［3］。［4］提出了一種移動(dòng)平均法平滑風(fēng)電功率的控制策略。該方法同時(shí)考慮儲(chǔ)能電池荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）和風(fēng)電功率波動(dòng)率，在平抑風(fēng)電輸出功率波動(dòng)的同時(shí)減小儲(chǔ)能電池使用次數(shù)。

［5］提出了一種利用模型預(yù)測(cè)控制（ModelPredictive Control，MPC）平滑風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波動(dòng)方法。該方法通過(guò)短期功率預(yù)測(cè)以并網(wǎng)風(fēng)電功率的波動(dòng)范圍、電池儲(chǔ)能荷電狀態(tài)SOC、儲(chǔ)能出力大小等為約束，滾動(dòng)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能的優(yōu)化控制。

［6］提出了一種基于實(shí)測(cè)電池荷電狀態(tài)的儲(chǔ)能控制方法。該方法根據(jù)實(shí)測(cè)的電池荷電狀態(tài)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)濾波時(shí)間常數(shù)，使電池的荷電狀態(tài)穩(wěn)定在最優(yōu)工作范圍內(nèi)，提高電池使用壽命。［7］為了平滑風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的波動(dòng)，提高風(fēng)能的利用率，提出了基于虛擬理想粒子的多目標(biāo)改進(jìn)粒子群算法（particle swamoptimization algorithm，PSO），并用該算法對(duì)模型進(jìn)行了求解。

［8］提出了一種分布式光儲(chǔ)直流供電系統(tǒng)功率平滑控制方法，采用最大功率跟蹤法實(shí)現(xiàn)最大功率輸出。［9］為了合理分配混合儲(chǔ)能輸出功率提出了一種基于電池荷電狀態(tài)SOC的功率分配方法，利用等效時(shí)間常數(shù)作為功率分配效果的評(píng)判指標(biāo)。

［10］提出了一種混合儲(chǔ)能平抑風(fēng)電輸出功率波動(dòng)新方法，利用蓄電池穩(wěn)定直流母線電壓，超級(jí)電容器快速補(bǔ)償負(fù)載功率波動(dòng)的高頻分量，減小負(fù)載突變情況下對(duì)直流母線的沖擊。［11］提出了一種基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解技術(shù)平抑風(fēng)電功率波動(dòng)的混合儲(chǔ)能功率控制方法，利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法，對(duì)非平穩(wěn)風(fēng)功率進(jìn)行分解，并使用超級(jí)電容器和蓄電池分別平抑風(fēng)電功率的高頻部分和低頻部分。

［12］提出了基于小波包分解的風(fēng)電功率平滑方法，在分析了風(fēng)電功率的幅頻特性后利用混合儲(chǔ)能裝置對(duì)不同頻率的功率進(jìn)行吸收。

鋰電池和全釩液流電池的功率分配是實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能平滑風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的重點(diǎn)。在時(shí)域上，一般利用滑動(dòng)平均法來(lái)計(jì)算儲(chǔ)能所需的輸出功率和并網(wǎng)功率，再檢測(cè)鋰電池和液流電池的荷電狀態(tài)SOC進(jìn)行各儲(chǔ)能功率的分配，，但在分配過(guò)程中仍存在如滑動(dòng)平均法的窗口大小選擇困難、儲(chǔ)能在高低電位時(shí)充放電的保護(hù)等問(wèn)題。

在頻域上，一般利用小波理論分配儲(chǔ)能輸出功率或者利用濾波器分配儲(chǔ)能功率，但存在各頻段的分界頻率難以界定、鋰電池和全釩液流電池出現(xiàn)正負(fù)相反的輸出功率、控制指令延時(shí)等問(wèn)題。

由于風(fēng)力發(fā)電具有間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)在對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率進(jìn)行平滑時(shí)，充放電的功率及其分布取決于風(fēng)速變化，充放電平衡成為功率控制中必須解決的問(wèn)題。由于儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量是有限的，會(huì)使其在平滑風(fēng)電場(chǎng)輸出功率時(shí)，有可能導(dǎo)致儲(chǔ)能設(shè)備的SOC受限或者過(guò)充過(guò)放，進(jìn)而無(wú)法利用儲(chǔ)能設(shè)備的輸出功率進(jìn)行平滑風(fēng)電場(chǎng)有功功率。

為了能夠使混合儲(chǔ)能系統(tǒng)可以長(zhǎng)期有效的對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)有針對(duì)性的控制策略?xún)?yōu)化其SOC是十分必要的。

圖1 基于混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電波動(dòng)平抑拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

結(jié)論

針對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)時(shí)發(fā)電系統(tǒng)的功率波動(dòng)問(wèn)題，本文提出了一種基于雙回路SOC調(diào)節(jié)的風(fēng)電場(chǎng)功率平滑控制策略。該控制策略可以有效地平滑風(fēng)電場(chǎng)輸出的有功功率，避免了混合儲(chǔ)能系統(tǒng)過(guò)度充放電，減小了鋰電池的充放電次數(shù)，延長(zhǎng)了鋰電池的使用壽命的同時(shí)，利用儲(chǔ)能系統(tǒng)有效的平滑風(fēng)電輸出功率。