Page 27 - 《中国电力》2026年第5期

徐恒山等：考虑储氢状态和直流母线电压稳定性的电氢耦合储能直流微网协调控制策略 2026 年第 5 期

0.9 P MES P Wind − P Load ∆P
u dc = = =
η max （6）
0.8 I MES I MES I MES
制氢效率/% 0.7 式中：u 为直流母线电压；P ME S 和 I ME S 为电氢
c
d
0.6
0.1 耦合储能系统输出的功率和电流；P Win d 为风电机
P elηmax
组功率；P d 为负荷功率；ΔP 为直流微网的不
0 Lao
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 平衡功率；u 与 c 呈现线性关系；u 的波动量
c
功率 (p.u.) d ΔP d
主要取决于储能系统的功率。
图 2 60 ℃ 时电解槽制氢效率特性曲线
为抑制 u 波动，电氢耦合储能系统采用自适
c
Fig. 2 Characteristic curve of hydrogen production d
efficiency of electrolyzer at 60 ℃ 应下垂控制策略，HESS 通过模糊控制实时调节
下垂系数，避免 SOH 越限，BESS 采用 AVSG 控制，
fc
p 和 p 分别为氢气压力和氧气压力；τ 为动态
fc
H 2 O 2 提升直流母线电压稳定性，防止风电机组或负荷
响应时间；z 为转移电子数；i 为输出电流；α 为 功率波动时 u 突变。图 给出了电氢耦合储能直
c
f
c
电子转移系数；R 为等效内阻；k 为玻尔兹曼常 d 3
t
in
流微网的总体控制框图。

数；h 为普朗克常数；ΔG 为吉布斯自由能变化值。
2.1 直流微网运行模式
3）储氢罐数学模型。
电氢耦合储能系统运行状态有两种，分别为
储氢罐用于存储氢气，其储氢压强可表示为
充电状态和放电状态。根据 u 的波动幅值，将
c
 d
M H 2 rT c

p st = Z 直 流 微 网 的 运 行 模 式 细 分 为 种 ， 表 给 出 了

 5 1

 V c （4）
 w w 种模式的划分依据。
 5
 η el i el η fc i fc


M H 2 = M 0 + dt − dt
2F 2F 模式 1：u ∈[0, u dc.min ]，u 偏离额定值较大，
c
d
dc
式中：p 为氢气压力；T 为储氢罐温度；V 为储 直流微网缺额功率较大。PEMFC 采用 CV 控制，
c
c
t
s
氢体积；Z 为压缩系数； M H 2 为储氢量；M 为初 BESS 以 最 大 功 率 放 电 ， 放 电 功 率 记 为 –P bat.max ，
0
始储氢量；η 为转换效率。 目标是使 u =u dc.min 。此情景下，如果条件“u =
c
f
dc
dc
氢气存储状态可表示为 u dc.min ”无法被满足，则须减载。
p st 模 式 2： u ∈(u , u )， 电 压 波 动 属 于 小
H SOH = （5） dc dc.min dc.L
p N 采用
范围异常，风电机组发电功率缺额。PEMFC
式中：H SO H 为储氢状态数值；p 为储氢罐压力 下垂控制，BESS 采用 AVSG 控制，二者协同平抑
N
上限。 功率波动。

模式 3：u ∈[u dc.L , u dc.H ]，u 处于正常波动范
c
dc
d
2 电氢耦合储能微网功率协调控制 围，系统功率缺额较小。当 u ＞u dc.re f 时，系统处
dc
于充电状态，PEMEL 和 BESS 消纳过剩功率；当
风电机组控制策略分为最大功率跟踪（maxi- u ＜u dc.re f 时，系统处于放电状态，BESS 和 PEMFC
dc
mum power point tracking，MPPT）控制和恒压（con- 协同补足缺额功率。为减少 PEMEL 和 PEMFC 频
stant voltage，CV）控制两种。直流微网的功率裕 繁启停，由 BESS 主要承担功率调节任务。
量是关系到稳定性的重要因素，可通过功率信号 模 式 4： u ∈(u dc.H , u dc.max )， 风 电 机 组 功 率 过
dc
和储能状态（SOC 和 SOH）判断。功率裕量充足 剩 ， PEMEL 与 BESS 协 同 工 作 ， 消 纳 风 电 功 率 ，
时，若风速小于额定风速，风电机组采用扰动观 以稳定母线电压。
察法实现 MPPT 控制；反之，则采用桨距角控制 模式 5：u ∈[u dc.max , +∞)，u 偏离额定值较大，
c
d
dc
减少风轮捕获的能量。功率裕量不足时，风电机 风电机组功率过剩，BESS 以最大功率充电，放电
组切换至恒压模式，降功率运行，确保直流母线 功率记为 P bat.max ，PEMEL 切换至恒压控制，u dc.ref =
电压的稳定性。 u dc.max 。如果储能的 SOC 较高且目标“u dc.ref =u dc.max ”
电氢耦合储能的控制策略通过直流母线电压 未达成，风电机组切换至恒压控制。
的波动情况进行确定，直流母线电压可表示为 [34] 上述 5 种模式中，在正常工况下，直流微网
23