風(fēng)能發(fā)電具有隨機(jī)性、間歇性和不確定性等特點(diǎn)，在大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)中嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。利用蓄電池和超級電容組成混合儲能系統(tǒng)，可提高風(fēng)電并網(wǎng)的電能質(zhì)量。根據(jù)兩種儲能設(shè)備的出力需求，以其荷電狀態(tài)、充放電功率等為約束條件，設(shè)計(jì)混合儲能系統(tǒng)能量管理協(xié)調(diào)控制策略，實(shí)現(xiàn)儲能系統(tǒng)內(nèi)部功率相互流動。

? DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.181729 ?

研究背景

風(fēng)電在我國發(fā)展迅速，由于風(fēng)能資源和負(fù)荷分布不均衡，致使風(fēng)電大容量遠(yuǎn)距離外送成為必要。然而，風(fēng)電的間歇性、波動性，尤其是與負(fù)荷之間的“反調(diào)峰”，成為風(fēng)電規(guī)模化發(fā)展和高效利用的主要障礙。提高電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，提高風(fēng)電外送能力，是一個(gè)重要選擇，但面臨著投資大、建設(shè)周期長、占用土地資源等問題。而通過儲能或可調(diào)負(fù)荷的功率調(diào)節(jié)作用，將間歇性、波動性的電能轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的、平穩(wěn)的能源輸出，提高風(fēng)電的品質(zhì)，則更為高效可行。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

風(fēng)電輸出功率信號是一種非線性、非平穩(wěn)性信號，傳統(tǒng)頻域方法分解局限性較大，而采用改進(jìn)的集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EnsembleEMD, EEMD）方法，將風(fēng)電場輸出功率信號根據(jù)不同時(shí)間尺度特征，分解成一系列準(zhǔn)單分量信號，并設(shè)計(jì)時(shí)空濾波器得到平滑目標(biāo)并網(wǎng)功率。風(fēng)電儲能復(fù)合濾波結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖1 風(fēng)電儲能復(fù)合濾波結(jié)構(gòu)

根據(jù)蓄電池和超級電容的出力需求，結(jié)合儲能設(shè)備荷電狀態(tài)（SOC）、充放電功率等約束條件，提出混合儲能系統(tǒng)能量管理協(xié)調(diào)控制算法，實(shí)現(xiàn)儲能系統(tǒng)內(nèi)部功率相互流動。儲能系統(tǒng)仿真模型如下：

圖2 儲能系統(tǒng)仿真模型

為了驗(yàn)證本文所提控制策略的有效性，在Matlab/Simulink 中搭建仿真模型，利用某風(fēng)電場實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并與傳統(tǒng)低通濾波算法和基于儲能設(shè)備充、放電響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行功率分配方法（以下稱傳統(tǒng)方法）進(jìn)行比較分析，最后得出結(jié)論。圖3 為兩種不同方法得到的目標(biāo)并網(wǎng)功率。

圖3 目標(biāo)并網(wǎng)功率

在傳統(tǒng)低通濾波方法與EEMD方法獲得的風(fēng)電并網(wǎng)功率均滿足國家風(fēng)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)條件下，低通濾波方法得到的并網(wǎng)功率曲線存在延遲，主要表現(xiàn)在采用低通濾波方法得到的平抑曲線在圖中0時(shí)刻開始功率是從零開始的，然后逐漸上升，在仿真中延遲時(shí)間大概為40-50 s之間，進(jìn)而得到平滑的并網(wǎng)功率。

圖4 為采用兩種不同方法得到的儲能設(shè)備輸出功率曲線。圖4（a）按照蓄電池和超級電容的頻率特性進(jìn)行功率分配；圖4（b）根據(jù)蓄電池和超級電容的出力需求進(jìn)行儲能設(shè)備間協(xié)調(diào)控制，兩種儲能設(shè)備按照各自的性能特點(diǎn)進(jìn)行能量存儲，且蓄電池承擔(dān)了大部分儲能工作，符合其作為能量型器件的特征。

圖4 儲能設(shè)備輸出功率

表1為兩種控制策略下儲能設(shè)備充、放電次數(shù)和儲能容量對比。分析數(shù)據(jù)可知，能量管理協(xié)調(diào)控制策略下，蓄電池和超級電容充放電次數(shù)和容量均少于傳統(tǒng)控制策略，由此可有效延長儲能設(shè)備的使用壽命，同時(shí)縮減儲能設(shè)備數(shù)量規(guī)模。

表1 能量管理協(xié)調(diào)控制方法與傳統(tǒng)方法對比指標(biāo)

結(jié)論

文章針對風(fēng)電儲能混合系統(tǒng)，采用集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EEMD）風(fēng)電場有功功率獲得目標(biāo)并網(wǎng)功率，與低通濾波算法、小波包分解、EMD 分解相比，具有自適應(yīng)、直觀等優(yōu)點(diǎn)，可避免傳統(tǒng)濾波器時(shí)間常數(shù)難以精準(zhǔn)確定和小波包基函數(shù)選取的局限性，同時(shí)可以削弱EMD 分解產(chǎn)生模態(tài)混疊效應(yīng)。同時(shí)提出一種混合儲能系統(tǒng)能量管理協(xié)調(diào)控制策略，該策略可實(shí)現(xiàn)能量協(xié)調(diào)流動于兩種儲能設(shè)備之間，提高整個(gè)儲能系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，能更好地發(fā)揮不同儲能設(shè)備的優(yōu)勢。最后通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提控制策略的有效性。

引用本文

付菊霞, 陳潔, 滕揚(yáng)新, 鄧浩, 孫澤倫. 基于集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的風(fēng)電混合儲能系統(tǒng)能量管理協(xié)調(diào)控制策略[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2019, 34(10): 2038-2046.Fu Juxia, Chen Jie, Teng Yangxin, Deng Hao, Sun Zelun. Energy Management Coordination Control Strategy for Wind Power Hybrid Energy Storage System Based on EEMD. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(10): 2038-2046.

團(tuán)隊(duì)介紹

付菊霞

碩士研究生，研究方向包括清潔能源發(fā)電、儲能技術(shù)等。參與國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（風(fēng)電氫能系統(tǒng)的耦合機(jī)制與方法研究）和新疆維吾爾自治區(qū)高校科研重點(diǎn)項(xiàng)目，以及新疆大學(xué)橫向科研項(xiàng)目（基于提高運(yùn)檢效率的智能化運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用項(xiàng)目）等。

陳潔

1975年出生，新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師，新疆大學(xué)能源與動力工程系主任。主要研究方向?yàn)橹悄苄滦筒牧显跈C(jī)電領(lǐng)域中的應(yīng)用、新能源儲能技術(shù)。主持國家自然科學(xué)青年基金 1 項(xiàng)，國家自然科學(xué)地區(qū)基金 1 項(xiàng)，廳局級科研項(xiàng)目 1 項(xiàng)，校級科研項(xiàng)目 2 項(xiàng)；參與多項(xiàng)科研項(xiàng)目。第一作者及通訊作者發(fā)表 EI 及核心論文 20 篇，其中 EI7 篇，獲發(fā)明專利授權(quán) 4 項(xiàng)，軟件著作權(quán) 1 項(xiàng)。獲自治區(qū)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng) 1 項(xiàng),獲新疆大學(xué)光華獎(jiǎng)學(xué)金，新疆大學(xué)青年科研獎(jiǎng)。獲自治區(qū)教學(xué)能手，自治區(qū)青年教師教學(xué)競賽三等獎(jiǎng)，新疆大學(xué)青年教師教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)，新疆大學(xué)教師教學(xué)競賽一等獎(jiǎng)。