王钢 陈艳羚 陆焕瑞
（上海海事大学 上海 201306）
摘要：在由海流发电系统组成的微网中，关于储能技术的应用占有十分重要的地位，它能够进一步的完善海流发电技术，是系统中的各个部分控制更加的合理、有效，使系统更加的稳定、安全，并且能够提高整个系统的使用寿命。本文提出了一种含海流发电的直流微网混合储能控制策略，并且利用Matlab/Simulink 搭建微网并网时的模型并进行仿真，仿真结果表明了上述储能控制策略在微电网中运用的合理性，并且蓄电池的高能量密度与超级电容的高功率密度特点的结合提高了混合储能系统的实用性与灵活性。
关键词：微电网；海流发电；蓄电池；超级电容；DC/DC控制
引言
为了平抑海流发电直流微电网并网时由于间歇性产生的功率波动，提高微网的稳定性，本文提出应用于含海流发电微网系统的超级电容蓄电池混合储能结构，给出海流发电、蓄电池与超级电容的控制电路及控制方式。设计出蓄电池与超级电容相结合的储能系统，并通过Matlab/Simulink建立仿真模型进行仿真，分析微网的结构和控制策略的有效性。
1 微电网的基本结构
主要由海流发电单元（由海流机、传动装置、永磁同步电机组成）、整流器、Boost电路、储能单元（由超级电容器与蓄电池构成的混合储能系统）及负荷，同时直流微网通过DC/AC变流器变为工频交流电后接入电网。
2 海流系统的模型及控制
2.1 海流机的模型
海流能作为一种新能源，已经在世界范围内引起广泛关注，其工作原理同风力发电相似[6]。水轮机作为能量转换装置，可以将海水部分动能转化为机械能，再将机械能输送到发电机的转子上，其通过海水流动中捕获的功率为：
其中ud、uq和id、iq分别为dq坐标轴下的发电机定子电压分量和定子电流分量，R为定子电阻，Ld、Lq分别为同步发电机在d和q轴的等效电感,np为发电机极对数, 为发电机转子永磁体磁链。
2.2 海流发电机的最大功率控制
海流发电采用最大功率跟踪策略，使得海流能能得到最大的利用。本文采用爬山搜索算法[8]来对海流发电系统进行最大功率跟踪控制，从当前节点和相邻节点进行比较，若当前节点值大则返回当前节点，作最大值，否则相反，如此循环至最高点。永磁同步发电机将水轮机产生的机械能转化为电能，发电机发出的电经过三相不可控整流成直流，再经过Boost升压电路对电路进行变换接到直流母线。如图2所示
图4 电压源逆变器控制原理图
其中VH、IH分别为海流发电机当前的输出电压值和输出电流值。最后产生的PWM调制波用来控制IGBT的关断。
3 混合储能单元的控制
3.1 逆变器控制
本文设计的微网系统运行在并网模式，由大电网为其提供电压和频率支撑，在这种情况下，微网应该采用恒功率PQ控制。采用这种控制是指不管网内负荷波动、频率或电压偏移，微源都不参与调节，只保持输出功率始终与参考值一致。
4 仿真与分析
为了验证上述控制策略的正确性，在MATLAB/Simulink中搭建微网的仿真模型进行仿真，海流发电机的额定功率10KW,蓄电池的额定电压为120V，额定容量为180AH，超级电容的额定容量为500F
通过Matlab仿真可以得到，蓄电池的功率输出波动较为平缓，而超级电容的输出曲线波动明显，在短暂的波动以后直流母线电压趋于稳定，因此得出文中的控制结构以及相应的控制策略是有效可行的。
5 结论
本文分析了含海流发电的直流微网的基本结构以及储能系统在其中的作用，并在仿真软件中构造系统模型，并提出相应的储能控制策略，并且通过仿真分析了混合储能在系统中的作用，使得直流母线电压趋于稳定，保证了网内的功率平衡，提高了电网对海流电的吸纳能力。
论文作者:王钢,陈艳羚,陆焕瑞
论文发表刊物:《电力设备》2016年第8期
论文发表时间:2016/7/19
标签：海流论文; 发电机论文; 储能论文; 系统论文; 电网论文; 蓄电池论文; 电压论文; 《电力设备》2016年第8期论文;