華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院的研究人員郭偉、趙洪山，在2019年第23期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文（論文標(biāo)題為“基于改進(jìn)分布式一致性算法的電池儲(chǔ)能陣列分組控制策略”），針對(duì)由多個(gè)電池單元構(gòu)成的電池儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)（BESAS）優(yōu)化運(yùn)行問題，提出一種基于模型預(yù)測(cè)控制（MPC）的加權(quán)離散一致性算法。仿真結(jié)果表明，所提的算法和協(xié)調(diào)策略在控制效果、收斂速度以及延長(zhǎng)電池壽命方面均具有一定的優(yōu)勢(shì)。

 

       儲(chǔ)能技術(shù)是解決新能源消納問題的重要手段之一。在眾多儲(chǔ)能技術(shù)中，電池儲(chǔ)能因其具有靈活的配置方式和較高的能量密度，已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)，并建成了大量的示范工程。

 

       在實(shí)際應(yīng)用中，由于電池參數(shù)的不一致性，難以將其集成為一個(gè)大容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)，不論是張北風(fēng)光儲(chǔ)示范工程，還是近期在江蘇鎮(zhèn)江投運(yùn)的101MW/202MW•h電池儲(chǔ)能電站，都是由多個(gè)子儲(chǔ)能單元構(gòu)成。因此，研究多個(gè)電池儲(chǔ)能單元間的功率協(xié)調(diào)控制問題具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

 

       目前對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的研究大多集中在單一儲(chǔ)能系統(tǒng)和混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，但只是將某一儲(chǔ)能介質(zhì)作為整體考慮，很少有涉及同種儲(chǔ)能介質(zhì)內(nèi)功率細(xì)化分配的研究。

 

       有學(xué)者的成果是少有的細(xì)化至混合儲(chǔ)能單元的能量?jī)?yōu)化研究，其提出了一種基于改進(jìn)低通濾波算法和優(yōu)化理論相結(jié)合的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)管理策略，上層控制中心需要對(duì)不同介質(zhì)各個(gè)儲(chǔ)能單元的功率進(jìn)行優(yōu)化分配，對(duì)通信要求較高，是一種高度集中式的能量管理框架。

 

       有學(xué)者則針對(duì)多個(gè)飛輪儲(chǔ)能單元，采用一致性算法實(shí)現(xiàn)飛輪間的分布式協(xié)調(diào)控制。對(duì)多個(gè)電池儲(chǔ)能單元應(yīng)用分布式控制是一種可靠性較高的技術(shù)方案，但仍需克服電池儲(chǔ)能存在循環(huán)壽命短的問題。

 

       研究表明，采用雙電池結(jié)構(gòu)可以延長(zhǎng)儲(chǔ)能電站服役時(shí)間，并提高容量利用率，但降低了整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的可利用功率。因此，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院的研究人員郭偉、趙洪山，在2019年第23期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，以雙電池結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，并研究含有多個(gè)電池單元儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)的分布式協(xié)調(diào)控制。

圖1  風(fēng)電-電池儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)

 

       首先，提出了一種基于模型預(yù)測(cè)控制（Model Predictive Control,MPC）的加權(quán)離散一致性算法，并給出詳細(xì)的推導(dǎo)過程，通過該算法可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)儲(chǔ)能單元的分布式協(xié)調(diào)控制。其次，將多個(gè)電池單元?jiǎng)澐譃槌潆娊M和放電組，并制定相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制策略，在保證整個(gè)電池儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)額定功率的前提下減少電池單元的充/放電轉(zhuǎn)換次數(shù)，實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)電池使用壽命的目的。最后，給出了加權(quán)矩陣的設(shè)定原則，以提高所提出算法的收斂速度，實(shí)現(xiàn)電池單元功率的快速自適應(yīng)分配。采用實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明了所提算法及協(xié)調(diào)策略的有效性。

 

       由于風(fēng)電出力的隨機(jī)性和波動(dòng)性，某些時(shí)間段對(duì)電池儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)的功率需求較大，需要配置較多的電池儲(chǔ)能單元來保證平抑效果，這顯然會(huì)降低儲(chǔ)能電站的經(jīng)濟(jì)性。未來將引入功率型儲(chǔ)能單元以構(gòu)成混合儲(chǔ)能陣列系統(tǒng)，并通過配置合理的容量和功率，使其兼顧能量型和功率型儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，以進(jìn)一步改善儲(chǔ)能電站的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。