針對鋰離子電池和超級電容的放電特性，提出DC-DC側對等式并行雙環(huán)控制策略，控制直流母線電壓穩(wěn)定的同時，利用控制環(huán)路自身帶寬濾波特性及交流功率前饋達到功率分配效果；采用滯環(huán)PI控制方法，保證超級電容不會過放或者過充。
DC-AC側采用雙同步坐標系下不平衡電流控制結構，有效跟蹤不平衡參考電流。實驗結果表明，所提出的協調控制策略能有效抑制直流母線電壓沖擊與波動，顯著提高了系統動態(tài)響應；同時，超級電容利用效率得到提高，微電網在過渡狀態(tài)下的性能也得到了改善。
微電網以其對分布式電源的有效利用及靈活智能的控制特點，成為許多國家未來電力發(fā)展戰(zhàn)略的重點之一。而微電網中一般含大量的光伏和風電等分布式電源，分布式電源波動性會對系統的安全供電和電能質量帶來負面影響。因此，在系統中配備一定的儲能單元，既可以提高分布式電源的發(fā)電利用率，又能抑制其波動性和間歇性，降低對系統或者電網的沖擊與影響。
傳統的儲能裝置充、放電速度慢、循環(huán)次數少且壽命短；新型的動力型鋰離子電池雖然具有較高的放電速率，但是其成本高昂，而且充電速率不宜過快。因此，需要尋求一種響應速度快、循環(huán)壽命長的儲能轉置與之相配合。
超級電容正是符合該要求的新型儲能裝置，超級電容（Ultra-Capacitors,UC）與電池組成的混合儲能系統（HybridEnergyStorageSystem,HESS）受到了廣泛關注與研究[1]。文獻[2]研究了HESS各種不同的配置方式及其優(yōu)缺點。
文獻[3-5]研究了HESS直流接入的功率分配與協調控制。由于直流接入應用場合單一，耦合度高，因此本文采用HESS交流接入方式，方便應用于包括光伏在內的各種微電網系統。
目前，對于混合儲能系統的研究，國內外大部分工作都集中在如何在電池和超級電容之間進行功率分配以減小電池的充、放電深度以及平滑功率波動。文獻[3]研究了直流孤島光伏發(fā)電系統中，鋰電池與超級電容的協調控制策略，提出超級電容補償光伏波動以減少電池充、放電次數，但未涉及交流并網環(huán)節(jié)。
文獻[4]提出基于滑窗平均的功率分配控制策略，可以平滑電池放電電流。文獻[5]提出基于低通濾波器的功率分配控制策略，將低通濾波器引入控制環(huán)路，降低了系統動態(tài)響應，同時低通濾波器截止頻率需要取舍。然而，目前的大部分研究并沒有注意超級電容充、放電深度問題。
文獻[6]基于混合儲能系統提出一種風電波動功率的平抑方法，針對隨機風電波動功率分解后的特性使蓄電池和超級電容器承擔不同類型波動功率平抑的任務，充分發(fā)揮二者的儲能優(yōu)勢。
針對混合儲能應用，本文首先提出一種HESS結構，通過兩級功率變換單元接入微電網，可以配合包括風、光在內的任意分布式發(fā)電單元；其次，在上述HESS結構的基礎上，提出兩級解耦控制策略：
①前級DC-DC采用對等式并行雙環(huán)控制結構，并行雙環(huán)冗余控制直流母線，提高控制性能，在交流功率前饋的配合下達到功率分流的運行效果，同時保證直流母線電壓的穩(wěn)定；
②后級DC-AC采用雙同步坐標系正、負序解耦控制結構，內環(huán)為電流控制，外環(huán)為直接瞬時功率控制或者輸出電壓控制，使得系統能夠支持微電網的多種運行工況。此外，通過對AC側的靈活控制還可以增強微電網接入電網的友好性，提高對電網的故障穿越能力。
圖1HESS基本結構
結論
本文提出用于微電網HESS的雙級式變流器協調控制策略及控制器參數設計，通過DC側對等式電壓解耦控制及交流功率前饋補償方法，完成穩(wěn)、動態(tài)功率的分流控制；通過AC側雙同步坐標系雙解耦控制，提高了AC側功率控制的靈活性和變換器運行性能。
整體系統的協調控制提高了HESS的動態(tài)響應性能和UC的使用效率。仿真和實驗結果表明：
1）協調控制策略能夠快速響應交流側功率的波動，有效抑制了母線電壓波動。
2）協調控制策略能夠維持UC端壓水平，有效解決了UC能量密度有限的問題，提高UC利用率，同時降低了電池放電速率。
3）網側變換器控制器能夠準確、快速地跟蹤不平衡電流。
來源:電工技術學報
