超级电容器在光伏并网系统功率控制中的应用-北极星储能网

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摘要：并网光伏发电系统输出功率的波动性和随机性给并网后系统稳定性、光伏发电消纳以及光伏电站电能质量等方面带来了负面影响，制约了光伏发电的发展。针对这一问题，将超级电容器作为功率调节装置，控制光伏并网系统按指定值平滑、准确地输出功率，使光伏发电具有可调度性。在分析了超级电容特性、系统构成和双向DC/DC变换器状态空间平均小信号模型的基础上，提出功率、电流双闭环反馈滞环电流控制策略，控制超级电容器吸收或补充输出功率的波动成分。在PSCAD/EMTDC电力系统仿真软件中构建仿真模型，对提出的系统和控制策略进行了仿真分析，良好的仿真结果验证了方法的可行性。

超级电容器也被称为电化学电容（electrochemicalcapacitors）或双电层电容器（electricaldoublelayerca-pacitor）。超级电容器具有功率密度极高、循环寿

命长、环境无污染和免维护等优点，在一些短时电力储能场合得到广泛应用[1]。光伏发电技术日趋成熟，由于其具有清洁无污染、施工周期短、投资灵活、占地少、具有较好的

经济效益和社会效益等优势，已成为解决电力供应的有效途径之一[2]。太阳能是一种不稳定的能源，由于日照辐射度决定光伏组件的最大输出功率，光照强度的变化使光伏电池的输出功率发生变化，具有很大的随机性[2]，这给光伏并网后系统的稳定性、光伏发电消纳以及光伏电站电能质量等方面带来了障碍，制约了光伏发电的发展。如何使光伏发电的输出功率稳定、可控是光伏发电技术中一个必须解决的问题。引入储能装置可以使光伏电源的功率输出较平滑，有效改变或缓解光伏发电输出功率的随机性与波动性。研究表明，位于0.01～1Hz的波动功率对电网电能质量及稳定性的影响最大[3]，采用超级电容作为短时储能装置可以平抑该频段功率波动[1]。超级电容和其它储能形式联合，构成混合储能配置到光伏发电系统中，能增强光伏并网系统功率的可调度性[4]。相对于跨区域电网输电线路、调峰调频机组、负荷端管理来说，在并网光伏系统加入超级电容，可以有效调峰，提高电网柔性和本地电网消纳光伏发电的能力。无论是混合储能还是短时储能，超级电容器在功率调节的准确性方面都尤为重要。针对超级电容器应用于光伏发电系统的文献已有不少，但大多是利用超级电容器进行直流母线电压的稳定控制[5-6]，进而控制功率的平稳输出，但输出功率值的准确可控方面仍有所欠缺。本文应用超级电容功率调节装置对光伏发电系统的输出功率进行调节，以按指定值平滑、准确地输出功率，使其具有可调度性为目的，针对系统结构和双向DC/DC变换器模型，提出采用功率、电流双闭环滞环电流的控制策略。

1超级电容器的性能

超级电容器将能量储存在双层电极的电解质界面处。存储容量与极板面积成正比，与电容器正负两极板之间的距离成反比。电容值可由式（1）计算。

超级电容器具有以下特点：①电容量很大，已有电容量达2300F的超级电容器；②和普通电容器相比，具有很高的能量密度，是普通电容的10～100倍，一般可达20～70MJ/m；③漏电流极小，具有电压记忆功能，电压保持时间长；④充放电性能好，无需限流和充放电控制回路，不受充电电流限制，可快速充电，通常几十秒；⑤储存和使用寿命长，维修费用很小；⑥使用温度范围广，可达–40～85℃，而电池仅为0～40℃；⑦比蓄电池安全，即使短路，超级电容器也不会爆炸。在超级电容器充放电时，可以简化等效为电容器C与内阻Rs的串联[7]，如图1所示。图中，Uc(t)为超级电容器的电压；Is1、Is2分别为超级电容器的充放电电流。