超级电容器在风电场有功功率调节中的仿真研究

比较和分析了电池储能系统、超导储能系统、飞轮储能系统和超级电容器储能系统、抽水蓄能以及压缩空气储能系统等多种储能设备的基本工作原理,选择了可以快速大功率充放电的超级电容器作为风电场的储能设备以抑制风电场输出有功功率的波动,给出了解决方案的数学模型、工作原理.在电力系统仿真软件Matlab/Simulink中对其进行了仿真分析,结果表明利用超级电容器储能系统能够较好地解决风电场输出有功功率的波动问题.     

考虑储能电池SOC状态的风电场功率波动抑制控制

在风电场增设储能系统通过功率的动态补偿可以有效地平抑风电场的功率波动,改善风电电能质量,提高电网的风电接纳能力。综合考虑电池的荷电状态(SOC)和风电场输出功率波动抑制效果,提出了一种模糊自适应的控制策略,通过调节滤波时间常数防止电池的过载,通过在有功功率给定值上加上模糊调整量优化电池的SOC状态。仿真结果表明,该控制策略能够兼顾风电场功率波动抑制效果和储能电池的SOC状态,对储能电池的荷电状态进行优化,达到延长电池寿命的目的。     

含储能系统的风电场联络线距离保护研究

由于受风速等自然因素影响,导致并网的风电场有功功率波动,严重影响电网的电能质量,给系统的稳定运行带来严峻挑战。为了减小风电场出力波动,提出在永磁直驱(PMSG)风电场PCC点加入直接功率控制的钒液流电池(VRB)储能系统的新拓扑结构来平抑风电场出力波动的方案。通过对比分析加储能系统前后风电场故障特性,提出含储能系统的风电场联络线自适应距离保护方案。最后仿真验证了提出方案的有效性和可行性。     

超导储能系统提高风电场暂态稳定性研究

应用超导储能系统(SMES) 对提高风电场的暂态稳定性进行了研究。在深入研究超导储能系统运行原理的基础上,建立了基于电压型换流器(VSC)的超导储能系统模型,实现了有功功率和无功功率的解耦控制,并提出了有功、无功功率综合控制策略。利用PSCAD/EMTDC软件进行了仿真计算,结果说明超导储能系统不但能够在风速波动时平滑风电场的功率输出,而且能够提高风电系统的暂态稳定性。     

风-储联合发电系统容量优化配置及其影响因素分析

为减小风电场输出功率波动对电网的影响,以电池-超级电容组成的混合储能系统为基础,采用风电并网功率波动约束的小波包自适应算法将风电功率分解为低频和高频分量,并分别作为风电并网期望功率和混合储能系统的功率指令;同时通过加入小波包能量谱函数,确定了混合储能平抑的高频与次高频功率指令最优分界点区间,减少了计算分界点的迭代次数.在对储能系统的经济性进行了详尽分析的基础上,建立了储能参与平抑风电场功率波动的成本-效益模型.最后以实际风电场为例,分析了不同工况下储能平抑功率波动的容量配置规律,为储能在风电并网规划建设中提供了参考.     

基于钒电池储能系统的风电场并网功率控制

随着风力发电并网容量的增加,风电场功率波动对电网的影响越来越大.为提高风电场并网运行的稳定性,在其出口处增加新型环保钒氧化还原液流电池(VRB)储能系统,以有效调节并网功率.根据VRB的等效数学模型,分析了VRB荷电状态与端电压之间的变化特点,采用一级双向DC/AC变换器作为VRB储能系统的功率调节器,设计了相应的充放电控制与能量管理策略,并对具有VRB储能单元的风电场并网系统进行了建模和仿真.仿真结果表明,在风速波动的情况下,采用VRB储能系统能够快速、有效地平滑风电场输出的有功功率波动,并可为电网提供一定的无功支持,有效地改善了风电场的并网运行性能.     

超导储能系统改善并网风电场出力的仿真研究

为了研究超导储能系统在改善并网风电场出力的作用,利用PSCAD仿真软件搭建了风电场模型、超导储能模型和4机12节点电力系统多机模型。研究了在多机模型下3种风速变化,以及在短路情况下,超导储能装置在并网风电场中所起的作用。结果表明,超导储能装置可以很好地抑制风电场的出力波动,从而使整个系统在多机、短路等情况下能更为稳定地运行。     

基于超级电容储能的直流风电机组协调控制

采用直流汇集方式的风电场将为未来大规模新能源发电汇集提供新途径。由于风力发电系统输出功率的波动会对电网的稳定运行造成负面影响,因此本文提出了一种含有储能系统的直流并联型风电场功率协调控制方案。该控制方案综合考虑电网需求、风机风况以及风机储能系统的储能状态,向各直流风机发送功率指令,通过调节各发电机和风机储能系统的输出功率,使得风电场输出的有功功率可在一定范围满足电网的需求,大大降低了风场功率波动对电网的影响。其中,在满足仿真精度的前提下,对直流风机中的整流器和隔离型全桥DC/DC变换器以及超级电容储能系统进行了适当简化。采用PSCAD/EMTDC进行仿真,仿真结果较好地满足了控制目标的要求,验证了提出的控制策略的有效性。     

超导储能装置提高风电场暂态稳定性的研究

对风电场安装使用超导磁储能装置增强风电场暂态稳定性进行了研究。在建立超导磁储能装置模型的基础上,提出了改善并网风电场暂态稳定性的超导磁储能装置控制策略,采用以网侧电压定向的矢量控制方案并通过附加前馈项实现其输出有功功率、无功功率的解耦控制。在电力系统分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了超导磁储能装置及其控制的仿真模型,基于实际电网及风电场的仿真结果验证了所建模型的正确性、控制策略的可行性。简要介绍了超导磁储能装置在并网风力发电系统的应用前景。     

超导储能装置提高风电场暂态稳定性的研究

对风电场安装使用超导磁储能装置增强风电场暂态稳定性进行了研究.在建立超导磁储能装置模型的基础上,提出了改善并网风电场暂态稳定性的超导磁储能装置控制策略,采用以网侧电压定向的矢量控制方案并通过附加前馈项实现其输出有功功率、无功功率的解耦控制.在电力系统分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了超导磁储能装置及其控制的仿真模型,基于实际电网及风电场的仿真结果验证了所建模型的正确性、控制策略的可行性.简要介绍了超导磁储能装置在并网风力发电系统的应用前景.     

超导储能装置应用于风电场平滑功率输出的研究

建立了风电机组和超导储能(superconducting magnetic energy storage,SMES)装置的数学模型以研究SMES对并网风电场运行稳定性的改善。针对风电系统中经常出现的联络线短路故障和风电场的风速扰动,提出利用SMES安装点的电压偏差作为SMES有功控制器的控制信号的策略。并搭建了风电场接入电网后的仿真模型,对实例系统进行的仿真计算结果表明,SMES采用该控制策略,不仅可以在网络故障后有效地提高风电场的稳定性,而且能够在快速的风速扰动下平滑风电场的功率输出,降低风电场对电网的冲击。     

超导储能改善并网风电场稳定性的研究

建立了风电机组和超导储能(SMES)装置的数学模型以研究SMES对并网风电场运行稳定性的改善.针对风电系统中经常出现的联络线短路故障和风电场的风速扰动,提出利用SMES安装点的电压偏差作为SMES有功控制器的控制信号的策略.对实例系统进行的仿真计算结果表明,SMES采用该控制策略,不仅可以在网络故障后有效地提高风电场的稳定性,而且能够在快速的风速扰动下平滑风电场的功率输出,降低风电场对电网的冲击.     

基于模糊神经网络风电混合储能系统优化控制

采用风电储能系统来平抑风电波动功率在当今是一个有效的措施,然而储能系统控制策略的好坏直接影响风电系统的技术性能和经济性能。根据超级电容器和蓄电池在功能上的互补性,将其应用在基于双馈电机的风电场中,风电场采用分布整流集中逆变拓扑控制结构,并对其设计模糊神经PID控制器,采用模糊神经网络算法对混合储能系统PID控制参数进行在线优化。基于Matlab/Simulink平台搭建控制系统仿真模型,并进行仿真分析,验证了混合储能系统能够提高储能装置的使用寿命。根据储能系统补偿功率和其荷电状态的波动范围,以及对风电波动功率的平滑程度,验证了该控制系统的有效性。     

超导储能蓄电池混合储能在风力发电中的应用

风力发电输出功率的波动性导致其直接并网会对电网带来不良影响,需要电力储能装置来提高并网性能,而常用的单一电池储能由于受到充放电次数的限制而易损坏。在建立用于平滑风电功率波动的超导储能和电池储能的混合储能模型基础上,设计超导储能用于平抑高频尖峰功率,电池储能用于平抑低频波动功率,并给出了两种储能装置的功率和容量确定方法。算例的仿真结果表明该方法同单一电池储能相比,可以有效地平抑风场并网的功率波动并减小电池的功率等级,减少电池的充放电次数和放电深度,从而延长了电池使用寿命。     

基于SMES/BESS混合储能抑制风电功率波动的控制策略

针对风能的随机性和波动性,风力发电系统易出现功率波动的问题,采用超导磁储能(SMES)和蓄电池(BESS)混合储能的方式来平抑功率波动,提出了一种改进型混合遗传算法的变参数荷电状态(SOC)分区控制优化策略。基于自适应学习的思想对算法进行了改进,使得算法的收敛速度和精确度得以提高。将储能系统荷电状态剩余量和荷电状态分区限值作为改进后混合遗传算法的目标函数和边界条件。所得目标结果作为滤波器滤波时间常数修正值对其进行修正,从而实现功率二次分配。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型验证了该控制策略的有效性。所提控制策略可以对任意时刻SMES和BESS出力进行最优配合,同时能减小电池充放电深度和提高对风电功率波动的平抑效果,且能有效提高混合储能系统的使用寿命。     

A developed control strategy for mitigating wind power generation transients using superconducting magnetic energy storage with reactive power support

The fast variations of wind speed during extreme wind gusts result in fluctuations in both generated power and the voltage of power systems connected to wind energy conversion system (WECS). This paper presents a control strategy which has been tested out using two scenarios of wind gusts. The strategy is based on active and reactive powers controls of superconducting magnetic energy storage (SMES). The WECS includes squirrel cage induction generator (SCIG) with shunt connected capacitor bank to improve the power factor. The SMES system consists of step down transformer, power conditioning unit, DC–DC chopper, and large inductance superconducting coil. The WECS and SMES are connected at the point of common coupling (PCC). Fuzzy logic controller (FLC) is used with the DC–DC chopper to control the power transfer between the grid and SMES coil. The FLC is designed so that the SMES can absorb/deliver active power from/to the power system. Moreover, reactive power is controlled to regulate the voltage profile of PCC. Two inputs are applied to the FLC; the wind speed and SMES current to control the amount active and reactive power generated by SMES. The proposed strategy is simulated in MATLAB/Simulink®. The proposed control strategy of SMES is robust, as it successfully controlled the PCC voltage, active and reactive powers during normal wind speeds and for different scenarios of wind gusts. The PCC voltage was regulated at 1.0 pu for the two studied scenarios of wind gusts. The fluctuation ranges of real power delivered to the grid were decreased by 53.1% for Scenario #1 and 56.53% for Scenario #2. The average reactive power supplied by the grid to the wind farm were decreased by 27.45% for Scenario #1 and 31.13% for Scenario #2.     

基于超级电容储能的风电场功率调节系统建模与控制

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。     

风电场日出力曲线和储能容量关系研究

为了促进风能的利用与发展,减小大型并网风电场输出功率不稳定给电力系统调度带来的影响,提出了一种基于功率预测和储能系统配合的风电场功率波动平抑方法。分析了风电场日出力曲线与储能容量关系,对风电场历史实测风速数据进行统计,给出风电场合理的储能容量,以期为风电场储能系统容量的选取提供参考。根据某额定装机容量为100 MW的风电场实测风速数据对功率波动平抑过程进行仿真分析,验证了所提方法的可行性和有效性。