基于频谱分析法的直流微电网储能容量控制技术

石耀宇

摘要：本文首先介绍了频谱分析的方法与原理，又根据直流微电网的系统总结了直流微电网的典型结构，分析了该结构的实际应用，并基于频谱分析法的特点展开了对微网储能容量控制约束的研究，同时给出了相应的约束公式，最后根据实例分析结果表明微电网容量的提升，并基于微电网净负荷功率应用频谱分析，实现了控制蓄电池和含氢储能的运行直流微电网储能功率的调整技术。

关键词：频谱分析法；直流微电网；储能容量

中图分类号:TM91 文献标识码:A

0 引言

分布式发电技术具有随机性，会导致孤岛运行模式下的负荷和发电端之间功率缺额，严重影响直流微电网的运行稳定性。因此研究直流微电网科学合理的储能系统容量配置具有现实意义。本文基于频谱分析的原理与方法，进行了直流微电网储能容量控制方面的研究，对其内部的功率进行控制，约束储能容量，从而达到对直流微电网的容量控制。这种形式的微网是利用双向DC-AC变流器和其他配电网互相并联，从而确保其结构内部负荷的安全供电^[1-2]，为我国的供电系统带来积极影响。

1直流微电网结构

直流微电网可应用于家庭生活，办公写字间或工业生产基地，经典微网组成结构如图1所示。该结构本身涵盖了利用多种可再生能源的发电方式，其中直流微电网结构的储能方式有蓄电池储能、含氢储能等单元或本地的交流负荷与直流负荷^[3-4]。控制直流微电网的储能容量主要就是对蓄电池以及氢储能系统的容量进行约束。下图1是直流微电网的典型结构

图1 典型直流微电网系统结构图

2基于频谱分析的直流微电网储能容量

2.1频谱分析应用于直流微电网容量的控制原理

当前对于频谱分析的使用范围非常广泛，由于其特点突出且使用便捷已经在我国很多科研方面作出贡献，其主要的应用领域就是我国的电力系统。频谱分析法的原理是通过傅里叶换算方式，进行时间域与频率域的转换，同时把信号置于频率域里面展开研究解决。傅里叶换算方式把本来不能进行直观功率波动的时间信号换算成了能够直观评判系统是否安全可靠或失衡状态的预警信号，利用分析搜集出频率域的信号，并研究其具备的所有特点，通过这种方式提取到其中蕴含的不能轻易获取的全部数据、电网负荷供电的可靠性平衡近似于经典失衡强随机过程。由于四种傅里叶的不同特点仅仅采用离散傅里叶运算才能针对离散信号展开转变。本文利用频谱分析的原理方法对直流微电网的容量进行运算，并提出控制方案。

2.2使用频谱分析的直流微电网功率控制技术

为增强直流微电网系统内部的供电稳定性，并同时增强其供电运行的多变适应能力，可以保证直流微电网的系统协同分布式电源共同运行，该电源的特点是其自身所蕴含较强的适应能力，可随时进行功率调配与转移。另外作为直流微电网储能单元的蓄电池与氢储能这二者的功率性能上皆存在一定特点与优势，可通过频谱分析的方法制定出微电网的功率配给标准，落实该系统的安全可靠性电量提供，以此来对微电网的储能容量达到控制。

2.3基于频谱分析的微网储能约束控制技术

无论发生任何情况，作为微电网储能单元的蓄电池与氢储能都应在控制其内部的所剩电量处于一个规范的、可靠电量区间内，过度充电与不合理的过度放电对微网储能单元的危害与使用周期影响都非常大。所以，当处于t时间时，这两种微电网储能单元对于自身的剩余容量电量，基于频谱分析法的表达式是：

_（1）

上面的公式中， 、 、 、 表示储能装置蓄电池与储能装置氢储能控制自身剩余电量的上下限。

另外这两种储能装置在进行充放电过程中的实际功率控制t时间储能装置的充放电功率控制约束则可用下式代表：

_（2）

上面的公式中 代表的是蓄电池与氢储能这二者的充放电效率。

3实验分析

下面以中国西部某省为例，分析当地的微电网储能容器的使用情况。其中蓄电池的充放电效率80%，运行成本70元/kW，循环使用寿命1000次。氢储能的充放电效率98%，运行成本为21元/kW，循环使用寿命20年。由于建造及运行成本等限制，蓄电池和氢储能均有容量限制，分别为20kW·h和1500kW·h。依据本地的整年发电与实际供电要求的整体数据搜集值，基于频谱分析法的原理，对该微电网的整体储能容量进行合理优化以达到控制作用。根据过去一年的历史数据，利用HOMER Pro软件进行仿真实验分析，得到储能容量控制结果如图所示。

图2 氢储能全年容量

分析图2可知，在1年内，氢储能系统的储能容量控制近似一个抛物线形状，说明本文系统可以根据充放电效率及氢储能的经济成本低廉的特性，在夏季时较高地存储，在冬季时进行消耗，具有长期控制蓄电池和氢储能的存储容量的良好性能。

4结束语

本文研究基于频谱分析方法的直流微电网的储能装置容量约束与控制技术，其中应用频谱分析通过优化蓄电池与氢储能的技术达到控制储能容量的目的，通过分析直流微电网的优势影响进而说明在电力系统的发展中，控制其储能容量的重要性。在文中分析了针对直流微电网储能容量约束的方案与方式，并通过实地分析的形式，说明了其中两种储能装置，蓄电池与氢储能的容量对比以及优化后的实际容量控制情况。直流微电网在实际应用中的部分优势大于交流微电网，本文通过频谱分析的方式分析了其对于储能容量的控制技术，希望对日后的电力系统发展提供一定的参考。

参考文献

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