1）研究背景。

隨著微電網(wǎng)技術(shù)的日漸發(fā)展，微電網(wǎng)中儲能系統(tǒng)逐漸多元化，電儲能及氫儲能與微電網(wǎng)的運行控制產(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，制氫的速度也難以快速調(diào)節(jié)，其無法單獨與具有快速波動性的分布式能源進行配合，因此，對電-氫混合儲能系統(tǒng)的控制、及經(jīng)濟運行進行研究，將儲能系統(tǒng)的快速響應特點與氫能系統(tǒng)的優(yōu)勢相結(jié)合，提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行可靠性和和減小系統(tǒng)的運行成本。

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、氫儲能系統(tǒng)(燃料電池/儲氫罐/電解槽)以及負載提供能量，當光伏輸出不足時，則由蓄電池及氫能系統(tǒng)補齊母線功率缺額。

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，對于當前的負載需求及光伏輸出功率，能量管理系統(tǒng)的目的是確定存儲設(shè)備的最佳運行方式，以便使整個微電網(wǎng)的使用成本最低。與此同時，在孤島系統(tǒng)中，將蓄電池Soc以及儲氫罐Sohc控制在理想范圍內(nèi)也是維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，使得儲能系統(tǒng)既能夠在光伏電池輸出盈余功率時提供足夠的儲存容量，同時也能夠有效防止在母線功率缺額時由儲能不足所導致的系統(tǒng)崩潰等嚴重問題。

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，該層將采集到的負載信號及各微源狀態(tài)傳遞至上一層。頂層為管理層，通過對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，對各個變流器分別發(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的瞬時優(yōu)化策略，該策略將蓄電池消耗電能計量為氫能，從而以整個系統(tǒng)氫能使用最少為目標，求解出蓄電池最優(yōu)輸出功率。將等效氫耗最小算法所計算得到的最優(yōu)功率進行處理，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，加入基于儲氫罐氫儲量的成本權(quán)重系數(shù)f，該系數(shù)用于氫儲能使用成本公式中，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）實驗驗證及結(jié)論。

本文以含有光伏陣列、燃料電池、蓄電池、電解槽及儲氫罐的孤島直流微電網(wǎng)作為研究對象，提出一種基于使用成本最小及穩(wěn)定儲能狀態(tài)的直流微電網(wǎng)控制能量管理方法。該方法通過儲能系統(tǒng)最小算法降低儲能系統(tǒng)成本，同時加入等效氫耗最小算法維持儲能系統(tǒng)的儲能水平，在光伏陣列產(chǎn)生盈余功率及功率缺額情況下對電-氫儲能系統(tǒng)的功率進行合理分配，實現(xiàn)系統(tǒng)使用成本及儲能水平的優(yōu)化控制。通過RT-LAB在線運行對本文提出的能量管理方法在成本及其他指標上進行了驗證，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，且儲能系統(tǒng)狀態(tài)更加穩(wěn)定，儲量始終保證在正常水平，氫儲能系統(tǒng)利用率高，增加了系統(tǒng)可靠性。對直流微電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟、穩(wěn)定運行具有重要意義。

創(chuàng)新點

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

2）該方法通過合理的電儲能及氫儲能系統(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，實現(xiàn)了系統(tǒng)的經(jīng)濟運行，并通過半實物仿真驗證了方法的有效性。