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2.3超级电容器的控制原理
对超级电容器的控制主要体现在DC/DC变换器、DC/AC变换器的控制上。近年来,变换器控制技术发展迅速,由最早的开环控制发展到输出电压瞬时反馈控制,由模拟控制逐渐发展到全数字控制。当前的数字控制方法有数字PID控制、状态反馈控制、模糊控制以及神经网络控制等。其中,数字PID控制方法是工程实践中应用最广泛的控制方法。
双向DC/DC变换器实现直流低压侧超级电容器组与直流高压侧之间的能量转换。DC/DC变换器的控制目标不能简单设定为维持储能电容器直流高压侧电压恒定,同时还须满足超级电容器的功率限制,其控制框图如图3所示。
DC/AC变换器目前存在多种控制方式。文献[9]提出一种采用dq0坐标的稳态模型,在此基础上设计了PI控制器,实现了有功功率和无功功率的同时独立调节。文献[10]采用基于同步旋转坐标系的前馈补偿闭环控制,能有效地抑制电压暂降问题。文献[11]提出基于模糊-规则的智能控制系统,利用预测的风电功率,储能装置的效果及交流电压的测量,用来调节、整定功率水平,实现对微电源运行的优化。
3超级电容器在微电网中的应用
3.1提供短时供电
微电网存在两种典型的运行模式:正常情况下,微电网与常规配电网并网运行,称为并网运行模式;当检测到电网故障或电能质量不满足要求时,微电网将及时与电网断开从而独立运行,
称为孤网运行模式。微电网往往需要从常规配电网中吸收部分有功功率,因而微电网在从并网模式向孤网模式转换时,会有功率缺额,安装储能设备有助于2种模式的平稳过渡。
3.2用作能量缓冲装置
由于微电网规模较小,系统惯性不大,网络及负荷经常发生波动就显得十分严重,对整个微电网的稳定运行造成影响。我们总是期望微电网中高效发电机(如燃料电池)始终工作在它的额定容量下。但是微电网的负荷量并非整日保持不变,相反,它会随着天气变化等情况发生波动。为了满足峰值负荷供电,必须使用燃油、燃气的调峰电厂进行高峰负荷调整,由于燃料价格很高,这种方式的运行费用太昂贵。
超级电容器储能系统可以有效地解决这个问题,它可以在负荷低落时储存电源的多余电能,而在负荷高峰时回馈给微电网以调整功率需求。储能系统作为微电网必要的能量缓冲环节,其作用越来越重要。它不仅避免了为满足峰值负荷而安装的发电机组,同时充分利用了负荷低谷时机组的发电,避免了浪费。
超级电容器功率密度大、能量密度高的特性使它成为处理尖峰负荷的最佳选择,而且采用超级电容器只需存储与尖峰负荷相当的能量。若采用蓄电池储能,需要存储几倍于尖峰负荷的能量。蓄电池曾经广泛用作储能单元,但是在微电网中需要频繁地进行充、放电控制,这样势必会大大缩短蓄电池的使用寿命。
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