基于超级电容器储能的并网风电场功率与电压调节技术

利用新型储能器件超级电容器可短时快速大功率充放电的特性.并结合四象限电压源型变流器有功功率和无功功率解耦控制策略,抑制风电场输出有功功率和无功功率波动.稳定风电场输出母线电压.将双向直流变换器作为超级电容器的电压适配器.解决其端电压波动并维持放电时直流母线电压稳定.在电力系统仿真软件DigSILENT/PowerFac...     

基于混合储能的交直流混联微电网功率分级协调控制策略

针对交直流混联微电网孤岛运行时,仅靠互联变流器协调网间功率无法有效缓解系统频率与电压波动,且单一蓄电池储能难以适用多场景功率需求的问题,提出利用超级电容和蓄电池混合储能的交直流混联微电网功率协调控制策略。将混合储能作为储能子网连接在直流母线上,优先采用超级电容平抑交直流子网内功率波动,提出以储能荷电状态来划分五种工作模式的改进混合储能控制策略。兼顾超级电容快速响应特性和减少互联变流器的频繁起动,根据直流子网电压和交流子网频率波动程度,提出功率自治和功率互济工况的两级分层协调控制策略。通过设计混合储能处于不同工作模式的网间功率互济场景,仿真证明了所提混合储能和互联变流器协调控制策略能够平抑各子网负荷功率波动。     

模块化多电平储能单元改善并网风电场稳定性研究

由于风能的随机性,风电场存在输出功率和连接点电压波动的问题,为提高风电并网稳定性,提出一种基于模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)拓扑和超级电容结合的储能单元结构。利用拟合函数建立风机数学模型,分析了基于异步发电机风电系统的运行特性;利用逆系统方法将MMC变流器等效电路模型进行线性解耦,对于解耦后子系统设计了以平滑有功功率和稳定接入点电压为目标的控制器。在Matlab/Simulink中搭建了在随机风波动时的仿真模型。仿真结果表明,基于MMC和超级电容的储能单元具有快速的有功和无功补偿能力,电网吸收的有功功率维持恒定,接入点电压稳定在额定值,从而降低了风速变化对电网的冲击,提高了风电并网的稳定性。     

一种利用超级电容储能系统实现直驱风电机组高电压穿越的新方案

传统的风电机组高电压穿越方法大多采用直流母线加装卸荷装置,以热能形式消耗多余的能量,降低了发电机组效率,增加了机组散热。为解决该问题,以直驱风电机组高电压穿越为研究对象,提出一种基于超级电容器储能系统的高电压穿越方案。利用超级电容器快速充放电的特点,实现高电压故障中风电机组波动功率的控制;给出了超级电容储能装置详细方案,以及风电机组在高电压穿越期间有功功率、无功功率协调控制方法。仿真结果表明,超级电容储能系统能够更好地提升机组高电压穿越能力,并加速系统有功恢复。     

基于超级电容器控制策略的含风电微电网电压波动的抑制

在分析含风电及储能的微电网电压—功率特性基础上,提出一种基于超级电容器控制策略的电压波动抑制方法,可对风电功率的随机波动进行快速补偿,保证风电与超级电容器储能共同向外输出的功率稳定,实现系统母线电压的稳定控制。对该方法进行了PSCAD仿真,仿真结果表明:风速变化时,该方法可有效抑制风电功率变化引起的电压波动;大型阻感性负载投入、外部故障时,该方法亦能减小电压波动和电压恢复时间,从而验证了所提方法的有效性与可行性。     

基于混合储能电压源逆变器平抑微电网功率波动的方法研究

为了平抑间歇性微电源引起的功率波动,研究了基于超级电容和蓄电池的混合储能电压源逆变器（VSI）控制策略,设计了混合储能系统两级能量管理方法。将超级电容作为系统一级缓冲储能优先平抑微电网功率波动。并网运行时配电网作为二级储能,通过控制联络线功率,使超级电容端电压稳定在充放电限值以内,同时维持公共连接点（PCC）母线电压在允许范围内变化;孤岛运行时蓄电池作为二级储能,通过超级电容的缓冲作用减少蓄电池充放电次数,延长蓄电池使用寿命,当超级电容达到充放电警戒值时,精确控制蓄电池以恒功率输出,调节超级电容端电压恢复到正常值。仿真结果验证了方法的有效性。     

超级电容储能系统在风电系统低电压穿越中的设计及应用

风电并网导则要求并网型风电机组具备低电压穿越能力,而传统基于直流母线卸荷电阻的低电压穿越方案以热能的形式消耗机组多余功率,降低机组效率,升高环境温度,增加了机组散热设计的难度。鉴于此,针对鼠笼型全功率风电变流器机组,提出一种基于超级电容储能装置的低电压穿越方案。利用超级电容器固有的快速充放电特点,实现低电压故障过程中风电机组波动功率的控制;给出了超级电容储能装置的详细设计方案以及低电压穿越过程中网侧变流器、机侧变流器以及超级电容储能装置的协调控制方法,并对系统暂态控制中的切换问题进行详细阐述。仿真与硬件在环实验结果验证了参数设计方法及提出控制策略的正确性。     

基于超级电容储能的动态电压恢复器研究

针对微电网电压闪变问题,研究了基于超级电容器储能的新型动态电压恢复器(DVR)系统。通过引入超级电容器储能,有效的利用了超级电容器极高的充放电能力和电荷储存能力,使动态电压恢复器在补偿电压时能快速提供稳定的电压。此外,通过研究基于超级电容的动态电压恢复器的控制策略,采用前馈加反馈的双闭环控制,引入了电容电流反馈,提高了系统的动态响应速度和控制精度。由于直流电源放电功率的提高,动态电压恢复器适用于频繁出现电压跌落的微电网线路,并且对阻性负载和阻感性负载有较好的适应性。仿真结果验证了理论分析的有效性和正确性。     

含超级电容储能的直驱永磁风电机组高电压穿越控制策略

为提高直驱永磁风电机组的高电压穿越(HVRT)能力,在分析电网电压骤升对直驱风机影响的基础上,提出了一种含超级电容储能的HVRT控制策略。在高电压故障期间,一方面利用超级电容储能吸收直流侧不平衡能量,稳定直流侧电压;另一方面优化网侧变流器控制策略,使之优先输出感性无功功率对故障电网进行无功支撑。在Matlab/Simulink环境中搭建系统仿真模型,对电网电压骤升下传统直驱机组控制策略的动态响应及所提的控制策略进行仿真分析。结果表明,含超级电容储能的HVRT控制策略可以有效提高直驱机组的高电压穿越能力。     

超级电容器储能系统的功率实时控制

从用于超级电容器(UC)储能系统功率调节的电压源型变流器(VSC)的时域数学模型出发,基于交流侧电流两相旋转坐标系的解耦控制,研究了用于提高超级电容器储能系统功率跟踪动态特性的实时功率控制策略.同时设计了用于连接UC和VSC接口的DC/DC变换器,在此基础上实现了通过超级电容器充放电补偿变流器直流侧电压变化控制策略.仿...     

储能型双馈风电场联合STATCOM的无功协调控制

针对传统双馈风电机组(DFIG)低电压穿越(LVRT)能力不足问题,提出了储能型双馈风电场联合STATCOM的无功协调控制。该控制是在网侧变流器（GSC）原有的模型上将超级电容经隔离型DC/DC变换器并联到风机直流侧,以此吸收故障期间直流侧产生的不平衡功率;在发生低电压故障时,根据超级电容投入情况,对两侧变流器和并联在风机出口母线上的STATCOM进行无功协调控制来支撑电网电压;同时超级电容储能装置采用电压电流双闭环控制,满足了系统稳定性和经济性的要求。仿真结果表明：该方法应用在风电并网系统中可以使DFIG的LVRT能力得到极大的提升。     

基于超级电容的双向DC-DC变换器控制研究

针对轨道交通1 500 V系统再生制动能量利用,研究了基于超级电容储能的输入串联多相并联双向DCDC变换器的控制及其系统能量管理策略。采用输入串联、多支路并联的拓扑结构降低了功率器件电压应力和电流应力及减小了无源滤波器件的体积,同时降低了1 500 V系统对储能元件超级电容的耐压及模组均压控制的要求,使得系统的可靠性更高。针对该拓扑结构的特点,结合工程实际应用,考虑超级电容容值参数差异性及大内阻的特点,以超级电容的能量利用最大化为优化目标,对其充放电过程中超级电容电荷状态误判及系统输入输出侧均压控制策略进行了优化设计。最后通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。     

应用于混合储能的组合级联式多端口变流器拓扑结构研究

针对光伏等可再生能源发电的间歇性和功率波动问题,提出一种新型的用于混合储能的组合级联式隔离型多端口变流器拓扑结构及其控制策略。该装置由蓄电池组、超级电容器组、多端口隔离半桥DC/DC变换器和级联式H桥DC/AC变换器组合而成。首先对该拓扑的工作原理进行了分析;然后结合相应的控制策略,通过滑动平均滤波算法将外界给定目标功率指令在各储能单元之间进行合理分配,并在PLECS上搭建了基于该装置的光伏电站并网模型进行仿真;最后,结合仿真结果和实际工程案例对该装置可带来的经济效益进行了定量分析。结果表明,所提出的混合储能拓扑结构可有效结合超级电容器功率密度高、响应速度快,和蓄电池能量密度高、适用于平抑长周期缓慢功率波动的特点,提高了间歇式电源并网运行的电能质量和可调度性,同时避免了蓄电池频繁充放电,显著延长了电池使用寿命。该装置可用于基于蓄电池-超级电容器混合储能(BSHES)的大功率储能电站,实现平滑可再生能源发电输出功率波动和微电网中的调频调压功能,模块集成度高,可实现模块化生产,具有广阔的应用前景。     

超级电容储能装置在电梯中的研究与实现

研究了超级电容储能装置在回收利用电梯制动能量方面的应用.电梯在运行过程中的母线电压波动较大,因而会对电网造成较大冲击,尤其是在能量回馈时,对用户配电系统造成较大扰动,危害了电力系统的安全运行.此处提出采用基于双向直流变换器的超级电容储能装置解决上述问题,并对其工作原理进行了分析,最后通过实验验证了方案的可行性.     

阶梯式快速混合储能系统设计及控制策略研究

针对微风、弱光条件下,风能、太阳能发电系统中储能设备效率低的问题,提出超级电容器阶梯式快速储能模型,并以超级电容器和锂电池为基本储能元件设计了阶梯式快速混合储能系统。基于超级电容器快速充放电的特点,将多个超级电容器串联,设计了一种阶梯式快速储能设备。利用锂电池能量密度大的特点,将阶梯式快速储能设备与锂电池结合,设计实现了一种阶梯式快速混合储能系统。该系统可实现充电、控制、保护和显示等功能。经过试验验证,该系统可解决风力、光伏发电机在微风、弱光状态下,电池低电压运行的储能问题,有效提高了微能的利用率。     

基于储能和序分量控制的直驱永磁风电系统 非对称故障穿越研究

为避免电网非对称故障时直驱永磁风电机组发生脱网事故,分析了电网电压不对称跌落时机、网侧能量不平衡引起直流链电容电压骤升的机理,提出了一种并联超级电容储能与序分量协调控制策略。考虑了电网非对称故障时电压的跌落程度、传动系统的储能限度和变流器的约束条件,通过对机、网侧变流器进行双闭环控制,实现快速平衡母线有功功率,同时补偿无功以改善电网电压。根据超级电容器寿命等影响因素选取电容容量,采用DC-DC变换器对超级电容的储能模式进行控制,限制故障阶段直流链支撑电容的电压。仿真结果表明了控制策略的有效性,提高了直驱永磁风电系统非对称故障的穿越能力和运行稳定性。     

抑制三电平矩阵变换器共模电压调制策略

与传统AC-DC-AC功率变换器相比,矩阵变换器作为一个通用的功率变换装置,能够轻易实现N个相位到M个相位的变换。矩阵变换器可以产生理想的输入输出波形、没有中间储能环节、能量双向流动、快速的动态响应等优点。三电平矩阵变换器能够提高电压传输效率、实现多电平电压波形输出、突破电压传输比0.866的限制。针对三电平矩阵变换器调制过程中存在的共模电压问题,提出了基于电容钳位三电平矩阵变换器的改进空间矢量调制算法,根据不同的调制系数选择不同的调制策略,能够将三电平矩阵变换器的共模电压减小到最小。通过实验和仿真平台验证该简化策略的可行性和正确性。     

基于模糊-下垂控制的光伏直流微电网混合储能功率分配及母线稳压研究

针对离网型光伏直流微电网中光伏输出功率与负载消耗功率不匹配引起的母线电压波动问题,通常采用蓄电池和超级电容相结合的混合储能装置进行补偿,一般通过下垂控制对储能装置进行功率分配,传统下垂控制很难实现下垂系数按照不同频率特性的功率波动进行有效调节,其分配特性还会受线路阻抗等其它因素的影响。文章在传统下垂控制的基础上提出了模糊-下垂控制策略,实时优化下垂系数,平抑系统内部因素所引起的负面影响,实现直流微电网中不平衡功率在蓄电池和超级电容间的合理分配。通过MATLAB/Simulink仿真证明,所提出的模糊-下垂控制策略能够有效实现直流微电网中的功率调节,抑制母线电压的波动,提高了系统的鲁棒性。     

串联超级电容器组的均压控制分析与研究

超级电容器作为一种高功率型储能装置,在生活中得到越来越广泛的应用,但是由于电容器单体电压较低,实际储能系统使用中必须通过串并联的方法构成超级电容器组.针对在应用过程中超级电容器串联存在的电压不均衡问题,文章提出了一种改进后的电容器均压控制电路.该电路由电容器、开关管以及变压器构成,通过反馈控制,简化参数计算,提高电压的一致性.最后在MATLAB/Simulink平台仿真验证了该控制电路下电压均衡速度快、误差小、且易于扩展,在电容器储能系统的使用中具有较高的应用价值.