基于钒电池?超级电容混合储能技术的永磁同步风电机组低电压穿越能力提升研究

以基于双三电平变流器的2 MW直驱式永磁同步风力机组低电压穿越为研究对象,机侧变流器采用最大转矩电流比控制,对网侧变流器提出了新颖的稳态时单位功率因数控制、电网暂态故障时无功优先、有功受限协调控制策略。对全钒液流电池和超级电容进行等效电路模型分析,采用双向DC/DC变换电路作为混合储能系统和风力机组直流母线的接口,并定量模拟电网电压单相、三相深度跌落,对机组采用直流母线卸荷电路、改进控制策略以及混合储能方式实现低电压穿越进行了对比仿真。研究结果很好地说明:上述3种方案在严重的电网电压跌落情况下均可实现风电机组低电压穿越,钒电池?超级电容混合储能方式可以更好地提升机组低电压穿越能力,并加速系统有功恢复过程。     

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.     

基于氢储能的主动型永磁直驱风电机组建模与并网控制

针对风电并网功率波动性及高渗透弃风现象,采用共直流母线主动型永磁直驱风电机组结构,建立基于氢储能的永磁直驱风电机组模型,并提出变流器与功率管理协调控制策略。永磁同步发电机与电解槽、燃料电池、蓄电池组汇集直流母线,考虑电解槽需电制氢、燃料电池需氢发电等特性,利用变流器协调控制及功率管理策略,实现风电功率波动抑制、降低风电弃风比例、风电绿色并网。通过PMCAD/EMTDC仿真平台,证明了模型及其控制策略的有效性,有利于风电高渗透并网运行。     

含蓄电池储能的永磁直驱风力发电系统并网研究

风力发电系统输出功率的随机性和波动性,给大规模风电并网带来严重挑战。为了有效地改善永磁直驱风力发电系统并网特性,在直流侧增加蓄电池储能装置。设计了储能电池侧双向DC/DC变换器的控制策略,建立了含有储能电池的风力发电系统仿真模型。分别仿真分析了电网侧需求功率变化以及风速变化时系统的动态响应特性。仿真结果证明,增加蓄电池储能装置可以有效地提高永磁直驱风电系统并网特性。     

基于超级电容的永磁直驱风电机组低电压穿越控制研究

通过分析传统永磁直驱风电系统的低电压穿越能力的原理与存在问题,其中选用超级电容储能系统与合适的控制策略,采用综合的网侧变流器控制方法,从而建立了相应的永磁直驱风电系统的仿真模型。仿真结果表明,采用超级电容储能系统与合适的控制策略,可以改善永磁直驱风电机组的低电压穿越能力。     

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。     

全钒液流电池建模及充放电双闭环控制

介绍了全钒液流电池的工作特性,并依据全钒液流电池和DC/DC双向变换器的电路模型建立数学函数模型,采用充放电的双闭环控制,利用Matlab/Simulink进行了电池充放电的仿真。结果验证了全钒液流电池双闭环充放电控制的可行性和优越性。全钒液流电池在大型光伏储能系统中具有广泛的应用前景,针对其进行充放电控制研究是非常有必要的。     

储能型直驱永磁同步风力发电控制系统

为提高直驱永磁风力发电系统的性能,在直流侧增加新型钒氧化还原液流电池（VRB）储能装置。设计了相应的双向DC/DC变换器控制策略,在风速变化时,VRB能够通过快速充放电平抑系统发电机输出功率波动以及平衡电网需求功率;在电网电压跌落时,还可提高低电压穿越能力。对具有储能电池的风力发电系统建立了仿真模型,详细分析了系统在风速变化、电网需求功率变化以及电压跌落时的动态响应过程和运行特性,并给出了仿真验证。仿真结果表明,在直流侧加VRB储能装置,有效地提高了直驱风电系统并网运行性能和低电压穿越能力,系统动态响应速度快。     

储能型直驱永磁同步风力发电控制系统

为提高直驱永磁风力发电系统的性能,在直流侧增加新型钒氧化还原液流电池(VRB)储能装置.设计了相应的双向DC/DC变换器控制策略,在风速变化时,VRB能够通过快速充放电平抑系统发电机输出功率波动以及平衡电网需求功率;在电网电压跌落时,还可提高低电压穿越能力.对具有储能电池的风力发电系统建立了仿真模型,详细分析了系统在风速变化、电网需求功率变化以及电压跌落时的动态响应过程和运行特性,并给出了仿真验证.仿真结果表明,在直流侧加VRB储能装置,有效地提高了直驱风电系统并网运行性能和低电压穿越能力,系统动态响应速度快.     

基于双回路SOC调节的风电场功率平滑控制策略

针对风电并网发电系统的功率波动问题,本文研究了一种基于双回路SOC调节的混合储能系统风电场功率平滑控制策略。对含有全钒液流电池和锂电池的混合储能系统,通过双回路SOC调节控制,合理分配锂电池和液流电池的实际输出功率,并实时更新混合储能的荷电状态。该控制策略实现了风电有功功率的平滑需求,并且使锂电池和全钒液流电池的SOC值稳定在安全范围内,可以有效减少锂电池的充放电次数,达到保护电池的目的。通过仿真实验,验证了该控制方法的有效性。     

大容量直驱风电机组级联直流组网系统设计

传统交流组网风电场系统存在多次电能转换、成本高的问题。针对这个问题,设计了一种大容量直驱风电机组级联直流组网海上风电场系统,其直接将每台机组的直流输出级联形成高压直流进行传输,而无需额外的海上升压站平台。风电机组采用了永磁直驱风力发电机及其变流器,其中变流器包括了AC/DC单元和DC/DC单元,并设计了控制策略,即通过DC/DC单元的占空比调节来实现电流的持续输出和最大功率跟踪。陆基逆变电站采用晶闸管型逆变器,设计了工作模式和控制策略,其主要功能是实现高压直流链路的电压电流调节。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,搭建了容量为150 MW的风电场系统进行了仿真计算,计算结果验证了该系统具有较高的鲁棒性和对风速变化的适应性,同时每个机组都能独立的实现最大风能捕获。     

吉林省风电通过特高压直流外送的方式方法研究

从吉林省电源结构、系统调峰、无功及安全稳定等方面,分析了制约吉林省风电大规模开发的主要因素,综合考虑风能资源开发规划、结合地区电网风电消纳能力,计算分析东北电网和吉林省风电消纳能力,提出吉林省风电采用特高压外送华北、华东电网消纳的方案,并对外送方式、送端电源组织、送受端落点进行分析,提出需要寻找合适的省外和区域外消纳方式,建议东北实行统一调度.     

风电模拟装置风机模拟直流电机调速控制的研究

介绍了一种采用转速、电流双闭环控制的基于西门子直流调速器6RA70的直流电机(DCM)模拟风机装置,包括硬件系统的设计和软件程序的编写.在此基础上利用Citect SCADA软件建立风力发电监控平台,并与可编程逻辑控制器(PLC)联网,通过PLC与直流调速器6RA70通信控制DCM模拟风机运行.在搭建的DCM -双馈发电机(DFIG)风力发电系统模拟试验平台上运行后,表明该装置可根据用户要求和控制指令实现任意风速下DCM模拟风机输出,具有安全可靠、精确度高,且可远程控制的特性.     

基于直流串联的风电场运行特性分析

讨论直流串联型风电场的种类和结构,以隔离型直流风电机组构建串联型风电场,分析其工作原理、稳态和动态特性。从风力发电机和变流器的角度,分析了该风电机组的结构和特点。根据直流串联型风电场的特性,讨论了风电机组两种控制策略：正常模式和电压限幅控制模式。利用风电机组简化模型对风电场运行特性进行仿真验证;仿真结果与直流串联型风电场的特性分析一致,说明该风电场具有很强的实用性。     

规模化风电直流孤岛外送的安全稳定特性分析

主要研究大规模风电直流孤岛输电方式的安全稳定特性。仿真计算了风电零出力、满出力2种典型方式下系统三相永久性接地N-1、N-2故障的电压、功角、频率运行特性,分析了本系统存在的运行风险,针对本系统易出现的频率失稳问题,给出了辅助优化控制与决策建议。     

测试风机气动特性的高性能DC/DC变换器研制

在已有风力发电测试与实验一体化系统基础上,研制了一台用于风力机特性测试以及系统控制研究用的DC/DC变换器。并对变换器的动态性能进行了优化设计,满足了该系统叶尖速比大范围变化时超宽的转速和功率运行要求。结合风力发电测试与实验一体化系统进行了风洞试验,测试了某2kW风机的气动特性曲线。实验结果表明该变换器能够很好地满足风机测试和正常工作的要求。     

风光互补逆变器串联发电系统功率平衡控制

介绍了风光互补逆变器串联发电系统的拓扑结构,采用载波移相正弦波脉宽调制(CPS-SPWM)技术控制各个发电单元逆变器的通断,该调制方式下系统输出电压为多电平,且电压、电流的谐波含量大大降低。在功率预测和功率分配的基础上对发电系统进行能量管理,根据负载功率需求分别通过调节发电单元DC/DC变换器和蓄电池双向DC/DC变换器,控制各个发电单元以及蓄电池的输出功率,达到系统功率平衡控制的目的。仿真结果表明,该功率平衡控制策略能够保证系统功率平衡,满足系统在独立运行时负载功率跟踪控制的要求。     

基于直流电网的非并网风电系统及其控制策略

大规模非并网风力发电理论避开了风电并网的技术难题。文中针对大规模非并网风电系统,采用一种基于直流电网的系统结构,具有能量转换过程少、结构简单、损耗低和可靠性高等优点。针对文中所述的直流电网,提出了电压分级控制策略,该控制策略不仅可以保证低风速时用电负载的正常运行要求,而且大大降低了风电系统与电网的功率交换,减小了风电对电网的影响。用Saber软件建立了仿真模型,仿真结果验证了文中提出的基于直流电网的非并网风电系统及其功率控制策略的可行性。     

特高压直流对交流系统稳定性的研究

针对大规模风电集中外送,重点从特高压直流对风电、火电打捆联网系统的安全稳定问题展开研究。建立了直流输电系统模型以及风电机组模型;分析了不同风电机组对交直流系统的稳定性以及直流闭锁故障对系统影响的仿真分析。在此基础上分析了风电、火电打捆联网直流外送系统带来的一系列问题,为大规模新能源的规划和运行提供了建设性依据。     

采用直流电动机和调速系统的风力机模拟器设计

为了满足小型风力发电技术的研究需要,分析了风力机的运行特性及采用直流电动机转矩闭环控制模拟风力机的可行性,设计了基于直流电动机的小型风力机模拟器,并给出了采用西门子调速系统驱动直流电动机的模拟器实现方案及基于永磁同步发电机的测试系统,进行了实验研究。实验结果表明,所设计的风力机模拟器可以模拟小型风力机的转矩-转速特性和功率-转速特性,为在实验室条件下研究风力发电技术的原动机问题提供了一个实用的解决方案。