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《基于超级电容储能的风电场功率调节系统建模与控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第33卷第9期Vol.33No.92009年5月10日May10,2009基于超级电容储能的风电场功率调节系统建模与控制李霄,胡长生,刘昌金,徐德鸿(浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市310027)摘要:随着风电装机容量的不断提高,风电输出功率的波动性给电网带来的不利影响越来越得到重视。文中介绍一种基于超级电容储能的风电场功率调节系统,利用超级电容器组作为储能元件,平抑风电场有功、无功功率波动,维持风电场输出端电压,降低风电场对电网电能质量的影响。基于功率调节系统的结构特点和工作原理,提出了一种网级控制、超级电容能量管理和变流器控制相结合的控制策略,并建立了变流器的动态小信号模型,进行了环
2、路控制器设计。利用仿真软件PSCAD/EMTDC对系统的控制策略进行了仿真分析,仿真结果验证了该装置具有良好的运行性能。关键词:风力发电;超级电容储能;电能质量;小信号模型;控制设计中图分类号:TM614;TM46;TM7430引言有良好的应用前景。本文介绍了一种基于超级电容储能的风电场功风力发电是当前发展最快的可再生能源发电技率调节系统,针对系统结构特点和工作原理提出了[1]术。但是,风能是一种随机变化的能源,风速变化网级控制、超级电容能量管理和变流器控制相结合会导致风电机组输出功率的波动,对电网的电能质的控制策略,仿真结果表明该系统在平抑了[2]量产生影响。因此,研究并网风电场的输出功
3、率0.01Hz～1Hz风电场有功功率波动的同时,通过调节成为风力发电技术中的重要问题。无功功率调节稳定了风电场母线电压,具有良好的目前风电有功功率波动多采用直接调节风力涡运行性能。[3]轮机运行状态的方法来平滑其输出功率,但该方法的功率调节能力有限;无功功率波动通常采用并1系统结构和运行原理[4]联静止无功补偿装置进行无功调节,但无功补偿图1为带有调节装置的并网风力发电系统结构装置无法平抑有功功率波动。附加储能设备既可以示意图。公共连接点(PCC)处接有本地负荷,超级[526]调节无功功率、稳定风电场母线电压,又能在较电容器组(SC)作为直流侧的储能元件,功率调节系宽范围内调节有功功率,是
4、当前的一个研究热点。统(PCS)采用四象限电压型变流器(VSC)级联双向风力发电研究表明位于0.01Hz～1Hz的波动功直流变换器(Bi2DC/DC)结构,最终通过升压变压器[728]率对电网电能质量的影响最大,平抑该频段风电并联于风电场输出端母线。[9]波动采用较短时间的能量存储就可以达到目的,因此能够实现短时能量存储的较小容量的储能设备对风力发电具有更高的实用价值。以往抑制风电功率波动多考虑采用蓄电池、飞轮或超导等储能技[10213]术,超级电容储能技术关注较少。超级电容器具有功率密度极高、循环寿命长、环境无污染和免维护等优点,随着制造技术的发展,超级电容器的能量密度有了很大提高,在一
5、些短时电力储能场合已经图1系统结构示意图[14215]Fig.1Schematicconfigurationofthesystem进入了商业化应用阶段。利用超级电容器存储能量,平抑风电场输出功率重要频段的风电波动具该装置有以下2种工作模式:1)风电场功率调节模式:当检测到设定频段的收稿日期:2008212204;修回日期:2009201219。有功功率波动时,装置快速吸收波动的有功、无功功国家电网公司科技项目(SGKJ[2007]120)。率,平滑风电场功率输出,维持风电场输出端母线电—86—·绿色电力自动化·李霄,等基于超级电容储能的风电场功率调节系统建模与控制压稳定。需要滤除Pwind
6、中0.01Hz以上波动成分,故将[7,13]2)充放电模式:一方面在装置最初安装或检修Gwind(s)设计为一阶巴特沃斯高通滤波器:后重启时将超级电容器组充电到预先设定的电压值τsGwind(s)=(2)Vsc_ref,在装置故障或检修时将超级电容器组储存的1+τs电能释放;另一方面当没有检测到设定频段内的有式中:τ为滤波器的时间常数,穿越频率设置为功功率波动时,通过对超级电容器缓慢的充放电维0.01Hz时τ=16s。持超级电容器电压Vsc_ref。为保证超级电容器组有如不考虑容量限制且变流器控制带宽远高于相同的充放电空间,根据式(1)来进行Vsc_ref的设定:1Hz,使变流器在1Hz以
7、上有良好响应,则121212P316s(3)CscVsc_max-CscVsc_ref=CscVsc_ref-sc=Pref=Pwind1+16s22212Pwind中0.01Hz～1Hz频段的波动成分由功率调节CscVsc_min(1)2装置来吸收。式中:Csc为超级电容器组的电容量;Vsc_max为超级电由于风电场输出端母线电压对无功功率波动更容器组允许的最高充电电压;Vsc_min为超级电容器组为敏感,因此可以通过
