摘要：随着能源日渐枯竭、环境污染严重，光伏发电以成为能源发电的重要发展方向，光伏发电也得到了迅速发展。为保证太阳能的充分利用，光伏储能系统也被广泛应用。本文主要基于Simulink建立24小时智能运行的光伏储能并网系统的模型，从而验证智能光伏储能并网系统的可行性。
关键词：智能光伏；并网；储能；微电网；Simulink仿真
Abstract: With the depletion of energy and serious environmental pollution, photovoltaic power generation has become an important development direction of energy power generation, and photovoltaic power generation has also developed rapidly. In order to ensure the full utilization of solar energy, photovoltaic energy storage system is also widely used. Based on Simulink, a model of photovoltaic energy storage and grid connected system with 24 hours intelligent operation is established in this paper, so as to verify the feasibility of intelligent photovoltaic energy storage grid connected system.
Key words: Intelligent photovoltaic, Grid-connected, Energy-storage, Microgrid, Simulink simulation
1引言
近些年来，在我国集中发电、远距离输电的大型互联网络系统蓬勃发展的同时，将分布式发电供能系统以智能微电网的形式接入大电网并网运行，与大电网互相支撑，已成为电网新的发展方向[1]。
分布式发电供能是指利用各种可用的分散存在的能源，包括可再生能源（如小型风能、太阳能、生物质能、小型水能、潮汐能等）与当地可方便获取的化石类燃料（主要指天然气）进行发电[2]。分布式发电系统既可发电，也可供冷、供热，是一种高效的能源利用方式。分布式发电具有能源利用效率高、污染小、安装位置灵活、减少输变电设备投入、降低尖峰负荷对电力系统的压力等优点。但是分布式电源相对于大电网来说是一个不可控电源，给电力系统的稳定运行增加了不确定因素[3]。
美国最早提出微电网的概念，随后欧盟、日本、中国等国根据本国实际情况提出了不同的微电网概念[4]。我国将微电网定义为：以分布式发电技术为基础，依靠分散型资源或用户的小型电站为主，结合终端用户电能质量管理和能量梯度级利用技术形成小型模块化、分散式供电网络[5]。
目前，由于光伏发电的快速发展，微电网控制的复杂性，智能光伏储能微电网也随之发展。本文主要利用Simulink对智能光伏储能微电网系统进行建模，并进行24小时的模拟仿真运行，采集光伏组件随着光照变化的输出功率曲线，储能电池24小时各个时间点的工作状态，普通住宅的用电负荷曲线，实现微电网的智能控制，验证智能微电网的可行性。
2 智能光伏储能微电网系统建模仿真
该微电网系统是一个小型的能源网络，具有自身的能源供应、电力负荷和电力传输，并有可能不依赖于现有的电网。该系统的电源为220V50Hz的单相交流电网，5kW可再生的光伏发电系统与150V30Ah的储能电池。电力负荷系统为最大功率2.5kW的三所普通住宅。光伏发电系统由光伏控制器控制，对光伏组件输出的功率进行最大功率点跟踪，实现最大功率并网。储能电池由电池控制器控制，当该微电网存在剩余电量，它吸收多余电量，若该微电网存在电量短缺，它提供不足的电量。
该微电网通过变压器连接到电网系统。电网系统由66kV的三相交流电压源，经过初级66 kV /次级6.6kV的变压器，使电压从66 kV降低到6.6 kV，再经过主级6kV/次级220V的变压器将电压从6.6千伏改变为单相220V交流组成的。该电网系统的频率为50Hz。光伏发电与蓄电池均为直流电源，经过逆变转为单相交流电连接到微电网上。具体仿真模型如图1所示。在此控制策略中，微电网不依赖电网系统的功率补给，尽可能使电力负荷消耗光伏发电和储能电池存储的能量。
图1 智能光伏储能微电网系统
在20点到4点之间，光伏发电功率为0W，在14点到15点时发电功率达到峰值5kW。在12点时，光伏组件被遮挡60秒，光照强度变为之前的30%，导致光伏组件输出功率降低，在光伏组件输出功率与变压器的次级侧的有功功率的曲线上出现尖峰。作为典型普通住宅，电力负荷在9点用电功率达到6.5W，在19点到22点之间用电达到最高峰7.5W。电池控制器在0点到12点，18点到24点之间对电池进行控制，对变压器的次级侧流入系统的电流进行跟踪控制，使得流入系统的有功功率始终为0。此时，变压器的次级侧的有功功率总是在零附近。当微电网的功率不足时，蓄电池提供不足的功率，并且当其功率超过用电负载时，从微电网中吸收剩余电流。在12点到18点之间，不对电池进行控制。储能电池的状态是固定不变的，不进行充放电。在微电网存在电力短缺的情况下，电网系统提供不足的电量。当微电网中存在多余的电量时，多余电量返回给电网系统。在10点时，3号普通住宅的用电断路器断开10秒。此时，在变压器的次级侧的有功功率和蓄电池的功率曲线中出现尖峰。模型的仿真曲线如图2所示。
图2 模型运行24小时的仿真曲线
3结论
根据Simulink仿真，搭建的智能光伏储能微电网系统，对系统进行24小时模拟跟踪，得到了光伏组件随着光照变化的输出功率曲线，储能电池各个时间点的工作状态，普通住宅的用电负荷曲线，实现了微电网的智能控制，验证了智能微电网的可行性，对实际中的智能微电网控制有一定的指导作用。
参考文献
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[2]郭权利，杨宇昕.智能微电网研究综述[J].山东工业技术，2017-06-01，161-162.
[3]刘文洲，李宁，西灯考，刘巡，邸学春.智能微电网研究综述[J].长春工程学院学报（自然科学版），2016，17(4):29-32,35.
[4]李钢，赵静，姚振纪.智能微电网的控制策略研究综述[J].电工电气，2012，1:1-4,18.
[5]陈伟，石晶，任丽，等．微网中的多元复合储能技术[J]．电力系统自动化，2010，31(1):112-115.
作者简介
刘邓（1989.2-），男，电气工程硕士，助理工程师；研究方向：光伏逆变器检测与充电桩检测。
论文作者:刘邓,杨雪蛟,周怡,张丹,陈苏声
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/8/2
标签：电网论文; 光伏论文; 系统论文; 储能论文; 智能论文; 功率论文; 电量论文; 《电力设备》2018年第10期论文;