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摘要：本文针对独立光伏/锂电池储能（PV-BES）混合动力系统，提出一种能量管理控制策略。引入混合阶数有限差分法（MixedFD）。仿真实验表明，新型控制策略的具有较好的稳定性和鲁棒性，能够满足独立PV-BES混合系统无过充电、无超额输出功率和无过剩能量转移到负载等控制目标。

关键词：PV-BES，能量管理，最大功率点，单粒子状态模型，MixedFD

引言

目前微电网仍旧需要石化燃料作为辅助能源，对环境保护不利，因此，将电池储能系统（BES）与独立的光伏系统相结合[1，2]，设计光伏-电池混合系统（PV-BES）以满足所有运行条件下的负载需求。锂电池（LIB）由于其优良的储能性能和较长的循环寿命，广泛应用于PV-BES混合系统中[3]。研究者提出的锂电池模型分为两大类：物理模型和等效电路模型（ECM）。该模型中ECM用于预测太阳能发电厂在不同运行条件下的整体运行条件和预测功率值[4，5]。PV-BES混合系统的控制策略和功率分配是另一个值得关注的研究领域，虽然许多文献提出适用于混合系统的等效电路模型，但只有易于实现的控制算法和简单的等效模型适用于实际的能量管理系统[6]。本文利用微分代数方程组表示独立PV-BES混合动力系统，该方程组能够有效地实现控制算法。同时，建立基于物理模型的单粒子电池状态模型，并应用与仿真和控制过程中。

1 PV-BES混合系统模块设计

根据Frick第二定律如公式（1）所示，将环境温度和太阳辐射作为光伏模型的输入，光伏板电压和电流作为输出，建立基于物理性能的单粒子等效模型如公式（2），边界条件如公式（3）：

2 PV-BES混合系统能量控制策略

本文提出的能量控制策略能够控制光伏板和BES系统之间的功率流，避免产生多余的总功率，控制流程如图1所示

3 实验结果分析

利用发电厂全年数据，并假设单体锂电池在电池组结构中充放电均衡。结果表明，基于单粒子锂电池模型的估计值符合实测数据：（1）第180-250天（6月至8月），锂电池SOC值在90%和100%之间。该时间段光伏板发电和负载需求较低，锂电池保持高SOC值以防止深度放电。（2）第200天到第250天（7月到8月），夏季光照较大，光伏板发电量较高。（3）锂电池较大放电过程发生在第100-150天（4月和5月），这与高冷却负荷有关。

4 结论

本文设计PV-BES混合系统的能量控制策略，该模型包括基于单二极管的光伏电池模型、基于物理性能的锂电池单粒子模型（SPM）和基于DAE的最大功率点跟踪（MPPT）控制算法。新方法能够更好地理解和分析BES系统的降解机理，预测BES系统的剩余使用寿命。仿真结果表明，所提出的控制算法能够满足多项性能指标，如零剩余能量、无过充现象和保持安全SOC范围等。

参考文献

[1] 张圣祺，袁蓓，季振东，魏晓婧，赵剑锋. 基于分布式控制原理的电池储能系统二次调频控制[J]，电工技术学报，2019，11： 637-645.

[2] M. Astaneh， R. Dufo-Lpez， R. Roshandel， F. Golzar， J.L. Bernal-Agustn. A computationally efficient li-ion electrochemical battery model for long-term analysis of stand-alone renewable energy systems[J]. J. Energy Storage， 2018， 17： 93-101.

[3] 史凡. 光伏发电系统蓄电池充电控制策略研究[D]，安徽理工大学，2019.

[4] M. Alramlawi， A. Gabash， E. Mohagheghi， P. Li. Optimal operation of pv-batterydiesel microgrid for industrial loads under grid blackouts[C]. 2018 IEEE International Conference on EEEIC /I&CPS Europe， 2018： 1-6.

[5] 张俊，俞文政，申彦波. 太阳辐射变化对光伏电站最佳倾角的影响分析[J]，华南师范大学学报（自然科学版），2018，8： 20-25.

[6] 朱建军. 分布式光伏并网对配电变压器运行特性的影响研究[J]，机电工程技术，2019，8：177-179.