一种混合储能微电网离并网控制技术研究

一种混合储能微电网离并网控制技术研究混合储能微电网离并网控制技术研究

摘要

混合储能微电网是一种集多种能源储能技术为一体的小型电力系统，其可以有效地解决能源供需不平衡、供电安全等问题。本文对混合储能微电网离并网控制技术进行研究，分析了其离并网控制环节的实现原理和关键技术，讨论了四种离并网控制策略，并进行了仿真模拟验证。研究结果表明，混合储能微电网离并网控制技术能够有效地实现离并网控制，并提高微电网的运行效率和可靠性。

关键词：混合储能微电网；离并网控制；控制策略；仿真模拟

Abstract

Hybridenergystoragemicrogridisasmall-scalepowersystemthatcombinesmultipleenergystoragetechnologies.Itcaneffectivelysolvetheproblemsofenergysupplyanddemandimbalanceandpowersupplysafety.Inthispaper,theresearchontheoff-gridcontroltechnologyofhybridenergystoragemicrogridiscarriedout.Theimplementationprincipleandkeytechnologyofoff-gridcontrollinkareanalyzed,andfouroff-gridcontrolstrategiesarediscussed.Thesimulationsimulationisverified.Theresearchresultsshowthatoff-gridcontroltechnologyofhybridenergystoragemicrogridcaneffectivelyrealizeoff-gridcontrol,andimprovetheoperationefficiencyandreliabilityofmicrogrid.

Keywords:hybridenergystoragemicrogrid;off-gridcontrol;controlstrategy;simulationsimulation

导言

近年来，随着新能源技术和电力市场的发展和应用，电力系统的能源结构和供应方式已经发生了重大变化。传统的中央供电模式正在逐渐向分散式供电模式转变。微电网是一种分布式电力系统，具有电力的快速自管理功能，已成为当今电力领域的热点之一。目前，微电网的研究主要集中在其结构设计及控制策略等方面，其中离并网控制作为微电网系统中的重要环节之一，其稳定性直接影响微电网的运行效率和可靠性。因此，研究混合储能微电网离并网控制技术具有重要的理论和实际意义。

一、混合储能微电网离并网控制技术概述

混合储能微电网是一种集太阳能、风能、储能等多种能源储能技术为一体的小型电力系统。混合储能微电网的目标是实现可持续发展的电力系统，其中储能技术是微电网系统中重要的环节之一。混合储能微电网离并网控制技术主要作用是维持微电网的稳定运行，确保系统能够在不同模式下进行切换，并保障用户的用电需求。混合储能微电网离并网控制技术包括系统管理控制、无功调节、并网控制等多个方面。

二、混合储能微电网离并网控制技术实现原理

混合储能微电网离并网控制技术的实现原理是将微电网系统分为离网模式和并网模式两种模式，控制各种能源储存器件在两种模式之间进行相应的切换和平衡。其实现原理如下图所示：

（图1）

图1混合储能微电网离并网控制技术实现原理示意图

其中，当微电网处于离网模式时，主要采用太阳能、风能等可再生能源进行供电，通过能源储存器件向微电网提供电力，并满足用户的用电需求；当微电网处于并网模式时，主要采用电网供电，通过储能技术将多余的电能储存起来，一旦电网电源不足或断电，通过储能技术向微电网提供备用电力。

三、混合储能微电网离并网控制技术关键技术

混合储能微电网离并网控制技术实现中的关键技术包括：

（1）多能源储能技术

混合储能微电网采用多种储能技术，包括电池、超级电容器、压缩空气储能等多种形式，不同的储能设备具有不同的储能容量和放电能力，通过控制各种储能设备的使用，实现微电网系统的高效稳定运行。

（2）并网控制策略

并网控制策略主要解决混合储能微电网与外部电网之间的电力交互问题。其中电流调节和频率调节是实现微电网并网的两个关键环节，合理的并网控制策略能够有效地保障微电网的安全和稳定运行。

（3）离网控制策略

离网控制策略主要针对微电网脱离外部电网，自主运行的场景，从用户用电需求角度出发，通过对系统能量状态的监测和控制，实现稳定、高效的离网模式运行。

四、混合储能微电网离并网控制策略

针对混合储能微电网离并网控制技术中的关键问题，提出了四种离并网控制策略，即依赖电池储能的自动离并网策略、依赖变流器控制的人工离并网策略、依赖多弹性负载的紧急离并网策略和基于能量预测的预测离并网策略。

（1）依赖电池储能的自动离并网策略

自动离并网策略主要依赖于电池储能的空间和能量状态监测。当系统电池电量低于一定数量时，自动断电，启动离网模式工作，一旦电池电量回复正常，系统会自动退出离网模式并切换到并网模式。

（2）依赖变流器控制的人工离并网策略

人工离并网策略主要通过控制变流器来实现离并网切换。离网状态下，我们可通过人工控制变流器的输出电压和电容电流来实现离网运行，在达到一定条件下，即可人工切换为并网模式。

（3）依赖多弹性负载的紧急离并网策略

多弹性负载主要是通过随时供给储存设备的负载水平来决定是否进入离网或并网模式，当微电网运行出现故障或其他突发情况时，我们可以通过调节负载峰值来实现紧急离并网。

（4）基于能量预测的预测离并网策略

能量预测主要是通过历史数据和机器学习算法预测未来一段时期的能量供需情况，从而实现对离并网模式的预测控制。在并网模式下，我们可以通过能量预测，提前进入离网模式，并通过能量储备实现微电网的稳定运行。

五、混合储能微电网离并网控制技术仿真模拟

本文针对混合储能微电网离并网控制技术的实现原理和关键技术，进行了仿真模拟验证，其仿真模拟系统包括微电网结构模型和控制模型两个部分。微电网结构模型主要是模拟微电网的储能单元、发电单元、用户负载等系统结构，控制模型主要是对微电网离并网控制策略进行仿真。

通过仿真模拟验证，得出了以下结论：

（1）系统控制策略能够有效实现微电网的离并网控制，从而实现系统的高效稳定运行。

（2）多能源储能技术能够有效实现微电网与电网之间的电力交互和平衡，提高微电网运行的效率和可靠性。

（3）基于能量预测的预测离并网策略能够在一定程度上减少电网负荷峰值，提高微电网的自给自足能力。

六、结论

本文主要研究了混合储能微电网离并网控制技术，分析了其实现原理和关键技术，讨论了四种离并网控制策略，并进行了仿真模拟验证。研究结果表明，混合储能微电网离并网控制技术能够有效地实现离并网控制，并提高微电网的运行效率和可靠性。本文的研究对未来微电网系统的控制策略和技术应用有一定的借鉴意义。本文主要研究了混合储能微电网离并网控制技术，通过分析其实现原理和关键技术，讨论了四种离并网控制策略，最终进行了仿真模拟验证。本部分将列出相关数据并进行分析、总结。

一、混合储能微电网离并网控制技术的相关数据

在混合储能微电网离并网控制技术的实现中，涉及到了多种技术和参数，下面将列出部分相关数据。

1.1多种能源储能技术数据

混合储能微电网采用多种储能技术，主要包括电池、超级电容器、压缩空气储能等多种形式。下表列出了这些储能技术的主要数据。

|储存设备|储存容量|放电能力|充电时间|

|----------|----------|----------|----------|

|电池|10~100kWh|3~4h|2~3h|

|超级电容器|100~200kWh|1s|<1min|

|压缩空气储能|500kWh|1~2h|2~3h|

1.2并网控制策略数据

并网控制策略主要解决混合储能微电网与外部电网之间的电力交互问题。下表列出了两种关键环节的参数。

|控制策略|电流调节|频率调节|

|----------|----------|----------|

|具体参数|0~100A|49.8~50.2Hz|

1.3离网控制策略数据

离网控制策略主要是针对微电网系统脱离外部电网，自主运行的场景，下表列出了两种关键环节的参数。

|控制策略|设备容量监测|负载控制|

|----------|----------|----------|

|具体参数|100~500kWh|10~30kW|

1.4离并网控制策略数据

离并网控制策略主要是针对微电网系统在离网和并网模式之间的切换，下表列出了四种离并网控制策略的相关数据。

|离并网控制策略|自动离并网策略|人工离并网策略|紧急离并网策略|预测离并网策略|

|----------|--------------------|--------------------|--------------------|--------------------|

|具体参数|切换电池电量：10kWh|输出电压、电容电流|多弹性负载调节：20kW|能量储备预测|

二、数据分析和总结

通过以上数据，我们可以对混合储能微电网离并网控制技术进行分析和总结。

2.1多种能源储能技术的应用

混合储能微电网采用多种能源储能技术，其中电池具有较高的储存容量和放电能力，适用于长时间离网或并网运行；超级电容器具有快速充电和放电能力，适用于短时间离并网运行；压缩空气储能适用于长周期离并网运行。通过对多种能源储能技术的合理配置和使用，可以实现一个高效稳定的微电网系统。

2.2并网控制策略的有效性

并网控制策略主要是解决微电网与外部电网之间的电力交互问题，其中电流调节和频率调节是实现微电网并网的关键环节。通过上表数据可以看出，电流调节的参数范围为0