近年来,在全球变暖和化石燃料枯竭的背景下,光伏发电作为可再生能源具有大规模开发和商业化前景,其应用越来越广泛.光伏发电的输出功率取决于光照强度和温度,而光照强度和温度具有间歇性和不确定性,这导致了其输出功率波动.不确定波动的光伏发电接入电网,当光伏发电渗透率较高时,就会影响电网运行稳定性和电能质量.由于化石燃料不断减少,近年来氢能受到越来越多的关注.
氢能因其便于运输和保存,已经成为燃料电池发电的主要原料,是未来清洁能源的主要载体.蓄电池储能系统(battery energy storage system,BESS)可以降低光伏和风电等可再生能源的间歇性对系统的影响,并使系统具有一定的可预测性和可调度性.笔者提出了一种基于蓄电池储能与高纯度氢气发生器的光伏并网系统结构,高纯度氢氧发生器作为可控负荷.在建立了各主要元件的PSCAD/EMTDC仿真模型基础上,设计了并网系统的能量管理策略,最后在PSCAD/EMTDC中建立了系统仿真模型,对系统的动态响应进行仿真分析.HHOG的控制系统必须确保提供氢气发生器需要的恒定功率.图4为Buck变换器控制块,参考输出功率Ph,ref与HHOG单元的实际输出功率Ph的差值,经过PI控制器,再与三角载波信号比较,产生Buck变换电路IGBT的控制信号.蓄电池储能系统,蓄电池组模型,蓄电池组模型由一个受控电压源和一个定值内其中,Ub为蓄电池的空载电压;U0为蓄电池的恒定电压;Rb为蓄电池内阻;Ib为蓄电池输出电流;K为极化电压;Q 为蓄电池的容量;A 为指数区域幅值;B 为指数区域时间常数的倒数;t为时间.蓄电池储能系统主要由蓄电池组、四象限运行变流器、控制装置组成,可以等效为四象限运行变流器模型和蓄电池组等效电路两部分.能量双向流动的四象限运行变流器可实现交流系统与直流侧的蓄电池组之间的能量交换,采用PQ 解耦控制可以实现有功和无功的分别调节.
基于前馈解耦控制的四象限变流器控制器结构图,其中Id和Iq分别为流入馈线三相电流的d 轴和q 轴分量.有功功率参考值Pref和无功功率参考值Qref与Ud的商,经过PI控制器后分别得到d 轴电流参考值Id,ref和q轴电流参考值Iq,ref,再通过前馈解耦控制解耦,进而控制逆变器.储能蓄电池利用单级DC/AC变换器实现功率调节,简化了系统结构.建立了含氢氧发生器的储能光伏并网系统模型,仿真结果表明,氢氧发生器能够准确地模拟其需要的恒定功率.在光照强度变化时,采用四象限变流器控制的蓄电池储能系统能够快速平滑光伏发电系统输出的有功功率的波动.