1）研究背景。

隨著微電網(wǎng)技術(shù)的日漸發(fā)展，微電網(wǎng)中儲能系統(tǒng)逐漸多元化，電儲能及氫儲能與微電網(wǎng)的運行控制產(chǎn)生緊密聯(lián)系，氫能是一種理想的二次能源，可作為能量媒介可以通過電解水與燃料電池技術(shù)實現(xiàn)高效率的互相轉(zhuǎn)換，具備成比例放大到電網(wǎng)規(guī)模應(yīng)用的潛力。然而，現(xiàn)有的制氫設(shè)備難以快速關(guān)閉或啟動，制氫的速度也難以快速調(diào)節(jié)，其無法單獨與具有快速波動性的分布式能源進行配合，因此，對電-氫混合儲能系統(tǒng)的控制、及經(jīng)濟運行進行研究，將儲能系統(tǒng)的快速響應(yīng)特點與氫能系統(tǒng)的優(yōu)勢相結(jié)合，提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行可靠性和和減小系統(tǒng)的運行成本。

2）孤島直流微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及建模。

本文所搭建的基于電–氫儲能的孤島直流微電網(wǎng)。其中，光伏陣列、電解槽與燃料電池均通過單向DC/DC與直流母線連接，蓄電池通過雙向DC/DC與母線連接。對于該孤島系統(tǒng)，光伏陣列作為主要的分布式能源，為蓄電池、氫儲能系統(tǒng)(燃料電池/儲氫罐/電解槽)以及負載提供能量，當(dāng)光伏輸出不足時，則由蓄電池及氫能系統(tǒng)補齊母線功率缺額。

3）微電網(wǎng)能量管理方法。

由于系統(tǒng)僅由可再生能源供電，其輸出功率主要受環(huán)境影響。因此，對于當(dāng)前的負載需求及光伏輸出功率，能量管理系統(tǒng)的目的是確定存儲設(shè)備的最佳運行方式，以便使整個微電網(wǎng)的使用成本最低。與此同時，在孤島系統(tǒng)中，將蓄電池Soc以及儲氫罐Sohc控制在理想范圍內(nèi)也是維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，使得儲能系統(tǒng)既能夠在光伏電池輸出盈余功率時提供足夠的儲存容量，同時也能夠有效防止在母線功率缺額時由儲能不足所導(dǎo)致的系統(tǒng)崩潰等嚴(yán)重問題。

本文將直流微電網(wǎng)系統(tǒng)劃分為兩層，底層為物理層，由各微源及直流變流器組成，該層將采集到的負載信號及各微源狀態(tài)傳遞至上一層。頂層為管理層，通過對底層各微源信息的接收及分析，根據(jù)具體的能量管理策略，對各個變流器分別發(fā)出指令，控制其工作狀態(tài)，能量管理系統(tǒng)控制圖如下圖所示。

其中等效氫耗最小策略是以單位控制周期內(nèi)的系統(tǒng)氫能消耗最小化為目標(biāo)的瞬時優(yōu)化策略，該策略將蓄電池消耗電能計量為氫能，從而以整個系統(tǒng)氫能使用最少為目標(biāo)，求解出蓄電池最優(yōu)輸出功率。將等效氫耗最小算法所計算得到的最優(yōu)功率進行處理，得到關(guān)于蓄電池使用成本的權(quán)重系數(shù)λ，從而使得系統(tǒng)Soc更加可控，同樣地，加入基于儲氫罐氫儲量的成本權(quán)重系數(shù)f，該系數(shù)用于氫儲能使用成本公式中，以限制氫能系統(tǒng)Sohc的變化程度及范圍。頂層能量管理流程圖如圖3所示。

4）實驗驗證及結(jié)論。

本文以含有光伏陣列、燃料電池、蓄電池、電解槽及儲氫罐的孤島直流微電網(wǎng)作為研究對象，提出一種基于使用成本最小及穩(wěn)定儲能狀態(tài)的直流微電網(wǎng)控制能量管理方法。該方法通過儲能系統(tǒng)最小算法降低儲能系統(tǒng)成本，同時加入等效氫耗最小算法維持儲能系統(tǒng)的儲能水平，在光伏陣列產(chǎn)生盈余功率及功率缺額情況下對電-氫儲能系統(tǒng)的功率進行合理分配，實現(xiàn)系統(tǒng)使用成本及儲能水平的優(yōu)化控制。通過RT-LAB在線運行對本文提出的能量管理方法在成本及其他指標(biāo)上進行了驗證，結(jié)果表明系統(tǒng)使用成本相較于傳統(tǒng)能量管理方法大幅減少，且儲能系統(tǒng)狀態(tài)更加穩(wěn)定，儲量始終保證在正常水平，氫儲能系統(tǒng)利用率高，增加了系統(tǒng)可靠性。對直流微電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟、穩(wěn)定運行具有重要意義。

創(chuàng)新點

1）以電-氫混合儲能孤島直流微電網(wǎng)作為研究對象，結(jié)合等效氫耗最小理論，提出一種基于使用成本最小及穩(wěn)定儲能狀態(tài)的直流微電網(wǎng)能量管理方法。該方法降低了儲能系統(tǒng)使用成本，維持了儲能系統(tǒng)的儲能狀態(tài)，對各微源功率進行合理分配，實現(xiàn)系統(tǒng)使用成本及儲能水平的優(yōu)化控制。

2）該方法通過合理的電儲能及氫儲能系統(tǒng)能量交互，提升了氫能系統(tǒng)效率，提高了光伏產(chǎn)能的利用率，實現(xiàn)了系統(tǒng)的經(jīng)濟運行，并通過半實物仿真驗證了方法的有效性。