摘 要：随着分布式发电技术的逐步成熟，由风力发电机组、光伏电池组、蓄电池组、柴油发电机组组成的风光柴蓄独立微网系统能弥补我军现有哨所供电保障系统的不足。能量管理和控制是微网系统应用于哨所供电的关键，本文根据对微源的运行优先级分析研究了风光柴蓄系统智能化能量管控策略，为风光柴蓄微网供电系统的智能化控制研究提供了参考。

关键词：风光柴蓄;微网;能量管理与控制;智能化;优先级模型

1 引言

对于远离电网的边海防哨所，供电主要依赖于柴油发电机组，但内燃机供电噪音大、热辐射强，既影响工作生活还容易暴露目标。同时，远离补给点、燃料供应不及时等缺点，满足不了边防部队完成多样化作战任务的需求。风光柴蓄微网供电系统具有无污染、无噪声、节省柴油燃油消耗等特点，是边海防哨所供电系统的主要发展趋势。由于风、光资源的较大范围波动使风、光电能量输出始终处于不稳定的状态，这将导致风光柴蓄微网供电系统能量不平衡，因此能量的管理和控制是实现风光柴蓄微网稳定运行的关键所在[1][2]。

2 风光柴蓄微网供电系统模型

风光柴蓄微网供电系统，主要由电源（光伏系统、风电系统、柴电系统）、储能装置（蓄电池组）、变换器、能量管理控制器、监控系统及负载构成。能量管理与控制系统是微网系统最高层次的控制单元，负责协调优化电源单元、储能单元及负载能量流动，使能量始终处于平衡状态，保证系统安全稳定运行。直流微网系统中能量供需是否平衡是由直流母线的稳定性反映的，稳定直流母线是系统能量控制的主要环节，因此如何结合控制直流母线电压稳定性实现能量管理与控制是微网系统能量管理与控制研究的主要内容。基于以上思路研究设计的风光柴蓄微网能量管理与控制系统模型。风光柴蓄能量管理与控制系统是控制风、光、柴、蓄能量流动的中心，它一般情况下的工作流程为：首先采集风机、光伏电池、柴油发电机、蓄电池的运行状态参数，然后根据能量管理策略判断系统运行的状态进而输出优化微源运行状态的控制信号，通过直流母线下垂控制判断最佳时机输出微源控制信号，优化微源运行状态，使系统能量平衡，保障哨所电力需求。这其中能量管理策略是整个系统的大脑，是系统稳定、持续运行的重要保证，由此根据能量平衡的原理结合实际供电需求设计了基于优先级模型的能量智能化控制策略。

3 基于优先级模型的微网系统智能化控制策略

3.1 能量平衡模型

在微网系统中能量供需平衡可用式（3-1）表示

其中是m个电源输出功率是n个储能单元吸收或输出的

功率，是K个负载吸收功率。

在风光柴蓄微网供电系统中，能量平衡可以写成

式3-2和3-3分别是蓄电池供电和充电对应的功率平衡公式，其中PPV为光伏发电系统输出功率，PW为风力发电系统输出功率，PB为蓄电池输出功率，PBC为蓄电池充电功率，PG为柴油发电机输出功率，PL为负载吸收功率。

3.2 微源供电优先级模型

在微网系统中包括多个电源及储能装置，首先根据环境、资源等因素确定其供电的优先级，系统根据供电单元优先级对电源和储能单元进行投切控制。边防哨所远离电网，存在油料运输保障成本高，难度大问题且分布式资源丰富，为提高分布式能源利用率，减少柴油发电机使用建立了微网供电优先级模型如图3-1所示。

首先设定N个分布式电源的优先级1-N，并设定蓄电池供电优先级低于分布式电源，柴油发电机优先级最低，储能元件吸收功率的优先级低于负载吸收功率优先级。其中Pn为优先级为n分布式电源输出功率。根据优先级的设定，系统按优先级从高到低依次接入分布式电源、蓄电池及柴油发电机。

由上述模型的控制流程可以看出微网供电优先级模型通过系统单元状态的变化实时调整系统状态使系统由一个平衡快速达到另一个平衡，保证了功率供需平衡，也就是达到了对能量的管理与控制。控制模型中分布式电源的数量可以根据实际情况而定，PG一般是柴油发电机组或者电网，蓄电池也可以换成其他储能方式，这就使系统具有可拓展性。

3.3 风光柴蓄系统能量管理策略

根据微源供电优先级模型，把风光柴蓄微网供电系统拆分为三部分，风力发电系统和光伏发电系统是分布式电源，蓄电池是储能单元，柴油发生机作为备用电源，设定风力发电优先级为1，光伏发电优先级为2，即P1=PW、P2=PPV。

系统工作时，首先检测系统各单元参数计算风力发电机、光伏电池、蓄电池输出功率和充电功率、以及蓄电池荷电状态SOC，根据负荷功率需求按优先级依次切入风力发电系统、光伏发电系统，蓄电池供电系统以及柴油发电机，最大化的使用风力发电系统的能量和光伏发电系统的能量，只要系统剩余功率满足蓄电池最低充电功率就给蓄电池进行充电，蓄电池充满电时可以单独供电满足负载最大功率需求，柴油发电机单独供电能满足负载功率供电及蓄电池充电功率。系统运行时总是处于平衡状态或由一个平衡向另一个平衡转化的状态。

风光柴蓄微网供电系统的智能化能量管控系统能控制按优先级切入电源、储能电源，实现了优先级高的电源优先输出，使系统始终处于功率平衡状态;能够使蓄电池根据剩余功率的变化进行充电，充分利用了优先级高的电源，减少柴油机的启动，提高分布式电源的利用率;通过对能量智能化管控，在无人值守情况下智能化控制系统能够使供电系统始终保持功率平衡，并且多微源供电提高了系统稳定性，最大化利用风分布式能源发电降低了油料使用，减小了哨所后勤保障压力，满足了边海防部队哨所的用电需求。

参考文献

[1]赵锦成，解璞.混合能源互补供电在武器装备中应用研究[J].电网与清洁能源，2012（3）：53-59.

[2]朱兰，严正，杨秀等.风光储微網系统蓄电池容量优化配置方法研究[J].电网技术，2012，（12）：26-31.

作者简介

胡文雷，中国人民解放军陆军边海防学院工程基础系，助教，研究方向：供电技术。