光氢混合发电系统功率协调控制.pdf

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1、第４１卷第１期２０１７年１月１０日Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．１Ｊａｎ．１０，２０１７ＤＯＩ：１０．７５００／ＡＥＰＳ２０１６０３１４０１２光氢混合发电系统功率协调控制蔡国伟１，彭龙１，孔令国１，陈冲１，邢亮２（１．东北电力大学电气工程学院，吉林省吉林市１３２０１２；２．国网吉林省电力有限公司长春供电公司，吉林省长春市１３００００）摘要：结合绿色、高效的氢储能方式，提出了光氢混合发电系统功率协调控制策略。氢储能主要包括电解槽、储氢罐和质子交换膜燃料电池，考虑到实际燃料电池和电解槽自身动态响应速度慢的特性，采用功率密度高、暂态性能好的超级电容

2、器来弥补氢储能装置动态响应过程中的不平衡功率。光伏、超级电容器及氢储能各单元通过ＤＣ／ＤＣ变换器及功率协调控制策略，汇集与分配电能到直流母线，利用ＤＣ／ＡＣ并网逆变器接入交流系统。通过算例仿真分析，验证了所提协调控制的正确性和有效性。关键词：光伏发电；氢储能；超级电容器；动态响应０引言动态响应特性，但是并未将储氢罐约束纳入系统的分析当中。随着化石燃料的大量燃烧，温室气体排放也随为了提高电网对光伏的消纳能力，本文引入氢之不断增加，成本低、无污染的光伏发电的广泛应用储能系统与光伏发电相结合，并考虑氢储能的动态成为解决这一问题的最可靠和

3、最有潜力的途径之响应慢特性，提出一种功率协调控制策略，实现光伏［１］一。氢能源作为二次能源中一种最理想的无污染发电按调度需求上网。纯绿色能源，利用电解槽在电网负荷低谷时的光伏发电制氢，在用电高峰时利用质子交换膜燃料电池１混合发电系统整体结构（ＰＥＭＦＣ）提供电能是提高光伏发电利用率的有效混合发电系统结构如图１所示。光伏阵列通过［２］方式之一。其中，光氢混合发电系统功率协调控最大功率点追踪（ＭＰＰＴ）技术实现光伏出力随光照制已成为国内外专家和学者讨论的热点问题之一。强度等变化实时向直流母线输送能量，电解槽和针对基于氢储能的可再生能源

4、发电系统功率控ＰＥＭＦＣ等作为备用储能系统，来弥补光伏出力与制方面，国内外学者也同样开展了多方面的研究。电网需求不一致时的工况。同时，考虑到电解槽和文献［３］虽然提出了较清洁的氢光联合供电模式，但ＰＥＭＦＣ动态响应速度慢的特性，混合发电系统引一方面，本文的用户负荷过于依赖联合系统供电，未入ＳＣ来平抑系统响应时直流母线功率的不平衡考虑夜晚或阴雨天氢能源不足时的情况；另一方面，量。它们均通过ＤＣ／ＤＣ变换器连接在共同的直流当光照充足时，太阳能电池输出功率等于负载功率，母线上，直流母线最终通过ＤＣ／ＡＣ逆变器将功率并未对太阳能充分利用。

5、文献［４］为实现光氢锂电输送到外部电网中。控制中心通过监测各个子模块池储能系统能源最大化利用，提出了三种能量管理的功率实际值以及模块自身的约束条件，通过本文策略，但均未考虑电池模型的实际动态响应速度。所提出的控制策略计算出其功率参考值，并反馈到文献［５］基于各自不同的储能机理，采用了超级电容各个子模块中。器（ＳＣ）和蓄电池双层控制系统模型，从而延长蓄电池的使用寿命。但蓄电池的使用仍然不是一种理想２系统各单元模型简述的环保措施。文献［６］针对风氢混合系统提出了２．１光伏发电单元与并网逆变器模型６种不同的运行模式，同时考虑了氢储能装置

6、的慢光伏阵列和并网逆变器数学模型及ＭＰＰＴ算法已在文献［７－８］中阐述，本文不再赘述。收稿日期：２０１６－０３－１４；修回日期：２０１６－０６－１９。上网日期：２０１６－０８－２４。国家高技术研究发展计划（８６３计划）资助项目（ＳＳ２０１４ＡＡ０５２５０２）；国家自然科学基金资助项目（５１３７７０１７）；吉林省科技发展计划资助项目（２０１４０２０３００３ＳＦ）。ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｅｐｓ－ｉｎｆｏ．ｃｏｍ—１０９—２０１７，４１（１）·研制与开发·ｔ３，ｓ１，ｓ２和ｓ３为电极过电压系数。电解槽功率动态方程为：ｔｔ－－Ｐｅｌ（ｔ

7、）＝Ｐｅｌ０ｅτｅｌ＋Ｐｅｌ∞（１－ｅτｅｌ）（４）式中：Ｐｅｌ为电解槽模拟实际功率；Ｐｅｌ０为初始状态电解槽功率；Ｐｅｌ∞为末状态电解槽功率；τｅｌ为电解槽电路的时间常数。２．４储氢罐模型根据理想气体状态方程，储氢罐数学模型［１１－１２］为：烄ｐＨ２βＨ２＝×１００％ｐＨ２ｖＭＲｃＴｃ烅ｐＨ２＝（５）ＶｃｉηｉＮＩｉＭ＝Ｍ０＋（－１）ｄｔ烆∫２Ｆ式中：ｐＨ２为储氢罐内部压力值；βＨ２为储氢罐内部压力百分比；ｐＨ２ｖ为储氢罐最高压力值；Ｍ为储氢罐中氢量；Ｖｃ为储氢罐的体积；Ｔｃ为储氢罐环境温图１混合系统基本结构度；Ｒｃ为气体常数；

8、Ｍ０为储氢罐初始储氢量；ηｉ为Ｆｉｇ．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｈｙｂｒｉｄｅｎｅｒｇｙｓｙｓｔｅｍ效率系数（ｉ＝１时为耗氢效率系数，ｉ＝２时为制氢效率系数）；Ｎ为单元个数；Ｉｉ为电流（ｉ＝１时为２．２ＰＥＭＦＣ模型［９］ＰＥＭＦＣ电流，ｉ＝２时为电