基于SOC调整的光伏电站储能系统调控策略
摘要：光伏（PV)发电输出功率具有波动幅度大和随机性强的特点，大规模并网光伏电站需要电池储能系统（BESS)对输 出功率波动进行平滑抑制，以降低对电网的冲击。提出了一种衡量不同BESS控制策略抑制PV功率波动能力的评价指标，针对 现有基本功率平滑控制策略的不足，提出基于电池荷电状态(SOC)调整输出的储能功率控制策略。通过调节BESS输出功率， 对PV输出功率中较高频段波动成分进行补偿，并且在储能电池荷电状态（SOC)偏高/低时对输出功率加以自适应调整，在不 削弱补偿效果的前提下，将SOC维持在正常范围内。仿真结果表明所提方法在光伏输出波动剧烈时仍有较好的平滑效果，并 且对电池容量的需求较小。
关键词：电池荷电状态；电池储能系统；功率控制策略；滤波时间常数；性能评价指标
可再生能源发电具有波动性大、随机性强的特 点：额定功率在数十兆瓦级的PV系统输出在510 mm内可能发生70%的变化[1]。因此，配置一定
基金项目：国家自然科学基金资助项目（ 51177060/ E070602 );国家重点基础研究发展计划（973 )资助项目 (2010CB227206 )
Vol.41 No.16 Aug.16, 2013
容量的储能系统可以有效抑制可再生能源发电输出 功率的波动，提升分布式电源的性能[2]。
目前已有多种利用储能系统抑制可再生能源发 电功率波动的储能控制方法。储能系统的功能定位 有两种：①抑制光伏电站的输出功率波动，效果可 用输出功率的变化率或幅值评价，实现这种功能需 要的储能容量较小;②以给定发电出力曲线为目标， 电站与储能系统配合运行，使其出力满足曲线要求， 这使得电力系统可以对光伏电站进行经济调度，但
要求的储能容量也较大[3]。由于国家相关标准尚未 对光伏电站的可调度性做出规定[4]，因此目前的储 能控制方法主要目标是以尽可能小的储能容量实现 ①的要求。
文献[5]给出了 PV-储能微网系统的设计方案， 并提出了储能容量的选取方法。文献[6]提出了基本 平滑控制方法，利用低通滤波器，选择性地补偿光 伏输出较高频段内的波动，平滑光伏输出，并提出 了引入SOC状态反馈以减小电池SOC超出正常范 围的几率，但不能避免这种情况的发生。文献[7]在 实际系统中实现了选择性补偿较高频段波动功率的 控制策略并进行了验证。文献[8]考虑了电池运行时 的SOC、充放电流、使用寿命等限制，提出了控制 方法的优化目标和基于规则的控制方法，在SOC越 过正常范围时，选择执行有利于SOC恢复到正常水 平的控制指令，能够防止电池过充/放，但此时的储 能补偿效果有所削弱。文献[9]在文献[8]的基础上提 出：当电池荷电状态超过限定值时，通过改变滤波 时间常数逐渐改变电池输出功率，从而使荷电状态 稳定在限定范围内。这种方法有限地改进了 SOC超 出限定值时的平滑效果，但在SOC超出限值后不能 迅速地将SOC调整到正常状态，储能补偿效果受到 较长时间的影响。为此，文献[10]提出模糊平滑控 制策略，在SOC超出限值后加入SOC调控指令， 较好地协调了 SOC超限和平滑效果，但控制器设计 复杂。
本文针对光伏系统和液流电池，在基本平滑控 制的基础上，提出基于SOC调整的电池储能控制方 法，能够有效减少电池SOC越过限值情况的发生， 并使用Simulrnk模型验证了其有效性。
图4中SOClaw与SOChigh分别是电池正常工作 时的荷电状态上下限。当电池SOC超过这两个限值 时，基本平滑控制的效果会受到较大影响。SOCdisch 与SOCeh分别是为防止SOC超过上下限设定的恒定 放/充电阈值。
通过在SOC>SOC high或SOC
返回列表
4仿真与验证
仿真中用到的辐照度数据来自实验室屋顶 2011年7月4日实测，当天天气晴转多云，这种天 气条件会导致光伏电站输出功率发生较大波动，适用 于验证储能控制策略的有效性。数据采样间隔2 s。
文献[13]指出，光伏电站可以视为一个低通滤 波器，其时间常数与电站占地面积的平方根成正比。 据此，本文建立了一个额定功率1 MW，占地7公 顷的光伏电站模型，其低通滤波器模型为
1。。。
P(s)
21他 +1
式(8)中：P(s)为电站输出功率，单位为W; G(s)为 辐照度，单位为W/m2。由此得到的模拟电站的出力 如图5所示。
分别按照基本平滑控制、基于SOC调整控制方 法在Simulink中搭建了控制模型，参数详见表1、
为防止电池过充/放，在基本平滑控制模型中， 在SOCSOCmax 时不执行充电指令。
在光伏输入相同，SOC初值均为0.2的情况下， 对两模型仿真，得到平滑后的电站总出力如图6(a) 所示。两种方法的SOC曲线如图6(b)所示。
基本平滑控制方法在电池SOC处于上下限 (SOC<0.1或SOC>0.9=状态的工作时间较长， 此时将不执行可能导致SOC越限的部分控制指令， 导致平滑效果明显变差。而基于SOC调整的控制策 略中，电池不能完全按照基本平滑控制指令工作 (SOC<0.2或SOC>0.8)的时间仅约40 min。因此获