華北電力大學電氣與電子工程學院的研究人員郭偉、趙洪山，在2019年第23期《電工技術學報》上撰文（論文標題為“基于改進分布式一致性算法的電池儲能陣列分組控制策略”），針對由多個電池單元構成的電池儲能陣列系統(tǒng)（BESAS）優(yōu)化運行問題，提出一種基于模型預測控制（MPC）的加權離散一致性算法。仿真結果表明，所提的算法和協調策略在控制效果、收斂速度以及延長電池壽命方面均具有一定的優(yōu)勢。

 

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

 

       在實際應用中，由于電池參數的不一致性，難以將其集成為一個大容量的儲能系統(tǒng)，不論是張北風光儲示范工程，還是近期在江蘇鎮(zhèn)江投運的101MW/202MW•h電池儲能電站，都是由多個子儲能單元構成。因此，研究多個電池儲能單元間的功率協調控制問題具有重要的學術意義和工程應用價值。

 

       目前對儲能技術的研究大多集中在單一儲能系統(tǒng)和混合儲能系統(tǒng)，但只是將某一儲能介質作為整體考慮，很少有涉及同種儲能介質內功率細化分配的研究。

 

       有學者的成果是少有的細化至混合儲能單元的能量優(yōu)化研究，其提出了一種基于改進低通濾波算法和優(yōu)化理論相結合的混合儲能系統(tǒng)管理策略，上層控制中心需要對不同介質各個儲能單元的功率進行優(yōu)化分配，對通信要求較高，是一種高度集中式的能量管理框架。

 

       有學者則針對多個飛輪儲能單元，采用一致性算法實現飛輪間的分布式協調控制。對多個電池儲能單元應用分布式控制是一種可靠性較高的技術方案，但仍需克服電池儲能存在循環(huán)壽命短的問題。

 

       研究表明，采用雙電池結構可以延長儲能電站服役時間，并提高容量利用率，但降低了整個儲能系統(tǒng)的可利用功率。因此，華北電力大學電氣與電子工程學院的研究人員郭偉、趙洪山，在2019年第23期《電工技術學報》上撰文，以雙電池結構為基礎，并研究含有多個電池單元儲能陣列系統(tǒng)的分布式協調控制。

圖1  風電-電池儲能陣列系統(tǒng)

 

       首先，提出了一種基于模型預測控制（Model Predictive Control,MPC）的加權離散一致性算法，并給出詳細的推導過程，通過該算法可以實現多個儲能單元的分布式協調控制。其次，將多個電池單元劃分為充電組和放電組，并制定相應的協調控制策略，在保證整個電池儲能陣列系統(tǒng)額定功率的前提下減少電池單元的充/放電轉換次數，實現延長電池使用壽命的目的。最后，給出了加權矩陣的設定原則，以提高所提出算法的收斂速度，實現電池單元功率的快速自適應分配。采用實際風電場數據進行仿真驗證，結果表明了所提算法及協調策略的有效性。

 

       由于風電出力的隨機性和波動性，某些時間段對電池儲能陣列系統(tǒng)的功率需求較大，需要配置較多的電池儲能單元來保證平抑效果，這顯然會降低儲能電站的經濟性。未來將引入功率型儲能單元以構成混合儲能陣列系統(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能技術的優(yōu)點，以進一步改善儲能電站的經濟性和可靠性。