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(chǔ)能系統(tǒng)逐漸多元化，電儲(chǔ)能及氫儲(chǔ)能與微電網(wǎng)的運(yùn)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(shí)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(dòng)，制氫的速度也難以快速調(diào)節(jié)，其無法單獨(dú)與具有快速波動(dòng)性的分布式能源進(jìn)行配合，因此，對(duì)電-氫混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制、及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行研究，將儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速響應(yīng)特點(diǎn)與氫能系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和和減小系統(tǒng)的運(yùn)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(chǔ)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(duì)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(chǔ)能系統(tǒng)(燃料電池/儲(chǔ)氫罐/電解槽)以及負(fù)載提供能量，當(dāng)光伏輸出不足時(shí)，則由蓄電池及氫能系統(tǒng)補(bǔ)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(duì)于當(dāng)前的負(fù)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(chǔ)設(shè)備的最佳運(yùn)行方式，以便使整個(gè)微電網(wǎng)的使用成本最低。與此同時(shí)，在孤島系統(tǒng)中，將蓄電池Soc以及儲(chǔ)氫罐Sohc控制在理想范圍內(nèi)也是維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，使得儲(chǔ)能系統(tǒng)既能夠在光伏電池輸出盈余功率時(shí)提供足夠的儲(chǔ)存容量，同時(shí)也能夠有效防止在母線功率缺額時(shí)由儲(chǔ)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(fù)載信號(hào)及各微源狀態(tài)傳遞至上一層。頂層為管理層，通過對(duì)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(duì)各個(gè)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(shí)優(yōu)化策略，該策略將蓄電池消耗電能計(jì)量為氫能，從而以整個(gè)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(jì)算得到的最優(yōu)功率進(jìn)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(chǔ)氫罐氫儲(chǔ)量的成本權(quán)重系數(shù)f，該系數(shù)用于氫儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(chǔ)氫罐的孤島直流微電網(wǎng)作為研究對(duì)象，提出一種基于使用成本最小及穩(wěn)定儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)最小算法降低儲(chǔ)能系統(tǒng)成本，同時(shí)加入等效氫耗最小算法維持儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能水平，在光伏陣列產(chǎn)生盈余功率及功率缺額情況下對(duì)電-氫儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率進(jìn)行合理分配，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)使用成本及儲(chǔ)能水平的優(yōu)化控制。通過RT-LAB在線運(yùn)行對(duì)本文提出的能量管理方法在成本及其他指標(biāo)上進(jìn)行了驗(yàn)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(chǔ)能系統(tǒng)狀態(tài)更加穩(wěn)定，儲(chǔ)量始終保證在正常水平，氫儲(chǔ)能系統(tǒng)利用率高，增加了系統(tǒng)可靠性。對(duì)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

創(chuàng)新點(diǎn)

1）以電-氫混合儲(chǔ)能孤島直流微電網(wǎng)作為研究對(duì)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(chǔ)能狀態(tài)的直流微電網(wǎng)能量管理方法。該方法降低了儲(chǔ)能系統(tǒng)使用成本，維持了儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能狀態(tài)，對(duì)各微源功率進(jìn)行合理分配，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)使用成本及儲(chǔ)能水平的優(yōu)化控制。

2）該方法通過合理的電儲(chǔ)能及氫儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并通過半實(shí)物仿真驗(yàn)證了方法的有效性。