应用超级电容提高风电系统低电压穿越能力

针对使用背靠背全功率变流器的永磁直驱风电系统,提出应用由超级电容和双向DC/DC变换器组成的储能系统提高风电机组的低电压穿越能力.研究永磁直驱风电系统的结构和控制策略,以及基于超级电容的储能系统平衡系统功率的特点,建立永磁直驱风电系统和基于超级电容的储能系统的模型,并给出控制策略和主要仿真参数.仿真结果显示,储能系统在电网电压发生跌落时,迅速平衡了直流母线两侧的功率变化,使直流母线电压保持稳定,并将风电机组与电网故障相隔离,保证风电机组继续向电网传输能量,从而提高风电系统的低电压穿越能力.     

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。     

风电有功波动功率调节控制研究

风具有间歇性和波动性,随着风电在电力系统中所占比例逐渐增加,风电大规模并网会加剧电网有功功率的不平衡,影响电能质量。该文利用风的自然特性,分解风电波动功率,与电网风力发电计划相结合,基于储能技术,提出一种有功波动功率调节控制方法。依据《风电场接入电力系统技术规定》,灵活利用储能技术和变流器技术,实现对风电场有功波动功率双向快速、准确地调节,消除非允许范围内的风电有功波动功率的影响。实验验证了其控制策略的可行性和有效性。这种方案既能提高风电场输出有功功率质量,又节约了配置储能系统的容量,为风电场调节有功波动功率提供一种有效控制方法。     

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。     

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。     

基于超级电容蓄能的永磁同步海上风电低电压穿越研究

为避免电网电压跌落导致海上风电机组脱网运行,分析了直驱永磁同步海上风电系统的双PWM全功率变流器控制策略,提出了一种基于超级电容器蓄能的海上风电机组并网运行低电压穿越方案。在双向变流器的直流侧并联超级电容蓄能系统,利用超级电容来维持电网故障时的功率平衡,稳定直流侧母线电压。利用网侧变流器静止无功补偿运行模式控制无功电流输出,向电网提供无功功率支持。仿真结果表明了该方案在电网故障时,能有效抑制直流侧过电压,向电网提供无功功率,有利于电网故障恢复,提高了直驱永磁海上风电系统的低电压穿越能力。     

平抑风电波动的混合储能容量配置及控制策略

为了平滑风电场输出功率,降低风电波动对电网造成的冲击,利用能量型储能元件电解槽与功率型储能元件超级电容相结合形成的混合储能系统对风电波动进行平抑。首先对大量时间片段内的储能出力进行概率统计分析,通过并网功率波动率在风电波动限值范围内的概率变化评估风电波动平抑效果,将给定置信水平的输出功率作为混合储能额定功率。在此基础上,通过考虑经济性的自适应滑动窗口算法将混合储能功率分解,进而确定超级电容的额定容量以及电解槽的额定功率,实现了兼顾经济性和波动平抑效果的容量配置。其次,依据超级电容的荷电状态、电解槽额定功率、储能系统总体功率指令制定混合储能系统的运行控制策略。最后结合风电场实际运行数据,仿真验证了所提方法可以实现功率分配、保证储能各元件正常运行,同时有效降低了风电输出功率的波动。     

SCESS-DFIG发电系统宽时间尺度功率波动的平抑控制方法

针对高渗透率风电宽时间尺度功率波动平抑问题,提出了将变桨控制与超级电容储能功率控制相结合的功率波动抑制方法。利用超级电容对风电场有功功率波动进行双向快速、准确的调节,有效地控制了输出功率短时间尺度的波动;通过减载变桨控制留出功率裕度,当超级电容电压过低或过高时进行辅助功率调节,既优化了超级电容的能量管理,又实现了宽时间尺度的功率波动抑制。在通过建立含有双馈风力发电机(DFIG)、直流双向升/降压变换器、超级电容储能单元模型的基础上,对一个由3台具有超级电容储能的DFIG(SCESS-DFIG)组成的风电场进行仿真分析。通过在具有相同额定参数、不同风速曲线给定、不同的超级电容初始电压的运行状态下的模拟,验证所提控制策略的有效性。     

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。     

平抑风电场功率波动的复合储能系统控制策略

随着风力发电所占发电比例的上升,其随机性、波动性及间歇性对电网的影响不可忽视。基于超级电容和蓄电池组成的复合储能系统,提出了一种用于抑制风电功率波动的自适应复合储能控制策略,通过引入超级电容荷电状态反馈来实施对低通/高通滤波器时间常数的控制,在完成对风电波动功率平抑的同时,合理分配平抑功率,避免超级电容过充过放。最后通过仿真,针对春夏秋冬不同时间窗口下的功率波动进行平抑,验证了所提自适应控制策略的有效性。     

基于Z源逆变器的永磁直驱风电系统不对称故障穿越策略

基于Z源逆变器的永磁直驱风力发电机组在不对称电网故障下运行时,将导致并网电流含负序分量,Z源网络电容电压泵升并含有二倍工频纹波等问题。由于系统机侧采用三相不可控整流,无法解决Z源网络电容中二倍频对发电机转矩脉动的影响,本文采用储能型Crowbar方案,通过对故障时系统功率流动的分析,提出一种基于Z源逆变器的永磁直驱风电系统不对称故障穿越策略,采用比例谐振控制器使流入储能装置的功率无静差跟踪发电机输出功率和Z源逆变器输出功率之差,不仅限制了故障时Z源网络电容电压的泵升,还消除了Z源网络电容上的二倍工频纹波。此外,通过在正负序同步坐标变换下电网正负序电压分别定向的方法,抑制了并网电流的负序分量。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

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。     

基于小波包混合储能系统的风功率波动控制策略

随着风力发电的发展,风电波动带给电网的影响越来越明显,平滑风电出力显得很重要。针对风电功率波动特性,提出基于小波包分解法,得到风电并网功率、混合储能系统参考功率和充放电状态。结合蓄电池和超级电容的荷电状态,提出了能量管理协调控制策略,实现了储能系统内部功率修正,算例结果表明:能量管理协调控制策略能完成混合储能系统内部功率最佳修正,且可以有效的平滑风电出力。最后以实际风电数据为依据,在MATLAB中建立了数学仿真模型,证明了该控制策略的有效性。     

基于超级电容器储能的STATCOM对直驱风力机并网性能改善的研究

本文主要研究了采用基于超级电容器的静态同步补偿器(STATCOM)的永磁(PMSG)直驱变速风力机控制策略。基于Matlab/Simpower实现对风力发电机侧整流器最大功率提取、电网侧逆变器和STATCOM的控制策略,采用不同容量超级电容器储能的STATCOM系统在电网出现故障或者受到干扰时提升风力发电系统稳定状态和动态性能。大量仿真结果表明:与传统的STATCOM相比,采用基于超级电容器的STATCOM能有效改善并网过程中出现的电压闪变及波动,减小频率的波动,并能对故障期间的电流进行有效控制,从而较为显著地改善了直驱风力发电系统的有功、无功功率,提升了风电并网系统故障穿越能力和动态性能。     

基于超导储能系统的风电场功率控制系统设计

风电场输出功率的波动性和间歇性会给电网带来不利的影响。为了降低风电场并网对电能质量的影响,文中阐述了一种基于超导储能系统的抑制风电场功率波动的间接控制方法。利用超导储能系统的四象限功率运行能力来补偿风电场输出的有功和无功功率波动,并抑制由此产生的电网电压波动;通过合理设计超导储能系统功率调节器的带宽来优化储能量。通过对风电场连接于弱电网的仿真,验证了所提出的功率控制策略的有效性。     

功率调制在风火打捆孤岛直流外送中的应用研究

特高压直流输电是解决大规模风电外送问题的较好方案。基于DIg SILENT仿真软件,建立风火打捆特高压孤岛直流外送系统仿真模型,深入研究风功率波动情况下对送端换流站交流母线电压、频率波动的影响。提出利用直流功率调制实现特高压直流输电系统不完全跟随风功率波动的控制策略,并研究其关键参数对送端换流母线电压和频率的影响。仿真结果表明,直流功率调制为抑制风功率波动对风火打捆特高压孤岛直流外送系统的影响提供了一种有效的手段,其关键参数调制增益值越大,对电压稳定性的改善越差,对频率稳定性的改善越好。     

大规模风电直流外送方案与系统稳定控制策略

针对大规模风电集中外送,论证了风电孤岛直流外送、风火打捆孤岛直流外送、风火打捆联网直流外送3种方案,重点从频率稳定、电压稳定方面研究各方案的安全稳定问题,分析了风功率波动、送端交流线路短路等典型扰动形式对系统稳定性的影响,通过比较给出了合理的大规模风电直流外送方案。在此基础上,以酒泉风火打捆特高压直流外送规划系统为对象,研究系统安全稳定问题,提出了利用直流调制跟随风功率波动、改善系统稳定性的控制策略,通过仿真计算验证了所提出控制策略的有效性。     

含风电接入的省地双向互动协调无功电压控制

为应对规模化风电接入对电网无功电压运行和控制的影响,结合现场实际,提出并实现了一种跨电压等级风电汇集区域风电场与传统电厂的无功电压协调控制方法。在控制中心内,研究并提出计及风功率波动和电网N-1安全约束的敏捷电压控制方法,该方法通过控制周期和控制模型的自适应调整,充分挖掘省调直控风电场的无功电压调节能力,抑制风电波动对电网电压的影响,保留足够的传统发电机动态无功储备。在控制中心间,研究并提出计及风电场调节能力的省地双向互动协调控制方法,通过地区电网内风电场与地调直控变电站的协调控制,发挥地调直控风电场的调节能力,减少地调直控变电站的电容电抗器动作次数,通过省地双向互动协调,协调省地双方无功调节资源,支撑末端地区电网电压,提高电网整体运行的安全性和经济性。所研发的实际控制系统已在江苏电网应用,仿真运行和实际闭环结果证明了该方法的有效性。     

风-蓄混合孤立发电系统的运行控制

在风电孤立发电系统中接入储能设备,可抑制风能波动和负荷扰动对系统稳定性的影响.在此深入研究了风-蓄混合孤立发电系统的运行控制,包括双馈风力发电机组的最大功率跟踪控制、双馈风机的定子磁链定向有功、无功功率解耦矢量控制及功率调节器有功、无功功率控制.搭建了风-蓄混合孤立发电实验系统,实验结果证明,将了储能设备接入风电孤立发...     

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。