含超级电容器储能的永磁直驱风电系统低电压运行与控制

为实现电网不平衡条件下直驱风电系统低电压穿越,通过研究含超级电容器储能单元的系统运行特性,建立超级电容器储能单元小信号模型,实现精准的充放电控制,确保系统安全稳定运行。提出风电系统中储能容量的确定方法,研究适合于该系统的低电压运行的控制策略,包括限制机侧变流器有功输出以及调整网侧变流器有功无功分配,为电网提供无功支撑。提出新的频率自适应正序电压分量检测法,为变流器运行提供精准快速的响应信号,提高系统鲁棒性。通过仿真验证含超级电容器储能的直驱风机系统及其控制策略的可行性。     

基于储能技术的直驱式风力发电机无功控制

风电系统中的电压源型变流器储能系统得到广泛应用,文章分析以超级电容器为储能元件,采用双向DC/DC变流器控制的储能系统对直驱式风机的影响,提出一种基于超级电容器储能的直驱式风力发电机无功控制策略。通过储能系统和风机变流器协调控制,维持直流电压恒定,提高直驱式风电系统的无功输出能力。最后基于3种无功控制方案的算例进行仿真,仿真结果验证了文章控制策略的可行性和有效性。     

永磁直驱风力机低电压运行储能容量取值研究

针对永磁直驱风力机低电压运行时存在的直流侧过电压问题,建立了运用超级电容器储能来解决该问题的方案,提出了超级电容器储能容量取值方法。对故障前后系统能量变化进行分析设计了储能系统充放电控制策略,结合超级电容器等效模型进行数学推导得出储能容量计算表达式。通过模拟不同深度电压跌落故障进行仿真计算,分别得出所需超级电容器储能容量。最后对比储能投入前后直流侧电压变化证明了所提出的储能容量计算方法的正确性以及储能系统控制策略的有效性。     

基于超级电容储能的风电并网功率调节控制系统

风能是一种随机变化的能源,风速变化会导致风电机组输出功率的波动,对电网的电能质量产生影响,使用储能装置可以改善风电质量。通过在风电场并网的交流侧母线上并联超级电容储能单元,能实现对风电场功率的调节,减小功率的波动。文章设计了风电场并网及储能系统各部分的控制策略,在Matlab/Simulink仿真环境下创建了系统的仿真模型,验证了控制策略的正确性。仿真系统最终实现了电机侧变流器最大风能跟踪、电网侧变流器单位功率因数并网和超级电容储能单元对风电场并网功率的调节。     

一种基于超级电容器的光伏系统电压控制方法研究

根据超级电容器储能特点,建立了用于独立光伏发电的超级电容器储能系统模型,设计了超级电容器电压控制环节,提出了一种带有超级电容器电压模糊反馈的双环控制策略,通过对开环系统bode图的分析,论证了控制系统的稳定性和动态性能。仿真结果表明,在光伏发电系统受到光照及负载扰动的情况下,超级电容器储能系统可以有效地稳定光伏系统的输出电压,提高系统供电的可靠性和电能质量,并且抑制了超级电容器端电压大范围波动对该系统的影响,提高了超级电容器的利用率。     

提高双向调节能力的混合储能平滑风电控制策略

为有效平滑风电出力,避免电池频繁充放电,提出了基于模型预测控制-模糊控制的并网功率平滑控制策略。首先采用模型预测控制获取风电目标出力与混合储能总输出参考功率;然后,设计了基于超级电容荷电状态的模糊自适应时间常数的一阶低通滤波法,对超级电容与锂电池实现自适应功率分配;接着基于双储能系统的充放电不平衡指标设计了模糊荷电状态优化控制,同时设计了改进双储能工作模式及相应切换规则以避免荷电状态越限;最后在Matlab/Simulink平台上建模仿真,验证了该控制策略的有效性。结果表明,所提控制策略不仅可以有效平滑风电并网功率,减小储能容量与功率配置,还可以减小锂电池的充放电切换次数,提高系统的双向调节能力。     

应用于微电网的储能及其控制技术

从微电网的运行机理和基本功能出发,分析了储能系统对微电网启动、稳定控制、电能质量治理和容量可信度等方面的作用;介绍了几种适宜于微电网的新型储能技术;分析了储能系统应用于微电网的主电路拓扑结构及其控制策略;并提出面向微电网应用的储能系统研究课题。     

独立光伏供电系统中多储能单元协调控制策略的研究

文章提出了一种由超级电容器和多个蓄电池储能单元组成的混合储能系统,并将该储能系统应用于独立光伏供电系统。其中,多个蓄电池储能单元能够增大混合储能系统的容量,并提高供电系统的可靠性。由于不同的蓄电池储能单元的荷电状态存在差异,因此,提出了一种改进SOC下垂控制方法,并利用该控制方法实现了不同蓄电池储能单元传输功率的优化分配和SOC的动态均衡,优化了蓄电池储能单元的能量传输过程。超级电容器可以补偿光伏系统传输功率缺额的高频部分,减少蓄电池储能单元充、放电的次数,维持直流母线电压的稳定。文章通过仿真模拟,验证了所提出的控制策略能够优化各储能单元的运行状态,并有效地维持了光伏系统传输功率的平衡和直流母线电压的稳定。     

风力发电储能系统特性分析与实验研究

在分析飞轮储能系统(FESS)、电池储能系统(BESS)、超级电容和超导磁储能系统(SMES)等多种储能技术基本工作原理的基础上,探讨了风力发电储能系统集总式和分布式的拓扑结构,分析了两类储能系统及其并网变流器的功率特性,比较了集总式和分布式储能系统在改善电网电压、减小频率偏差的能力优劣。基于dSPACE建立实验系统,实验结果表明两类储能系统在抑制风电功率波动、改善电能质量方面皆具有效性,与分布式储能系统相比,集总式储能系统可以实现更小的功率波动,但要求更高的变流器容量。     

风电孤岛模式下混合储能装置调频调压策略

针对分布式电源孤岛系统中储能装置对系统的稳定运行有很大影响,提出一种风电孤岛模式下混合储能调频调压的控制策略。混合储能装置选用互补性强的蓄电池和超级电容。根据二者的特性,同时考虑它们的荷电状态（state of charge,SOC）,实时改变输出功率比例系数,使负载所需功率在二者中合理分配且避免其电量的过充和过放。采用改进下垂控制策略消除传统下垂控制导致的频率和电压偏差,提高系统稳定性。最后基于Matlab/Simulink搭建仿真模型,验证所提策略的有效性。     

Integration of an Energy Capacitor System With a Variable-Speed Wind Generator

This paper presents a system using an energy capacitor system (ECS) to smoothen the output power fluctuation of a variable-speed wind farm. The variable-speed wind turbine driving a permanent-magnet synchronous generator is considered to be connected to the ac network through a fully controlled frequency converter. The detailed modeling and control strategy of the frequency converter as well as variable-speed operation of a wind turbine generator system are demonstrated. Afterward, a suitable and economical topology of ECS composed of a current-controlled voltage-source inverter, dc–dc buck/boost converter, and an electric double layer capacitor (EDLC) bank is presented, including their control strategies. Exponential moving average is used to generate the real input power reference of ECS. Another novel feature of this paper is the incorporation of a fuzzy-logic-controlled reference signal adjuster in the control of the dc–dc buck/boost converter, in which the stored energy of the EDLC bank is utilized in an efficient way. Due to this controller, the energy storage capacity of the EDLC bank can be reduced in size, thus resulting in reduction of the overall cost of the ECS unit as well as decrease in irrepressible operations during high and low energy levels of the EDLC bank. Finally, extensive simulation results are presented that validate the effectiveness of the proposed system to smoothen the output power fluctuation of the variable-speed wind farm.      

基于序列运算的风光储混合微电网可信容量评估

以含风光储的交直流混合微电网为研究对象,通过聚类分析方法对气象条件进行分类,搭建风光储出力概率模型并进行序列化。提出一种序列运算方法计算交直流混合微电网用电不足期望值,从而迭代求得可信容量,针对风光装机容量配比以及直流负荷敏感度对可信容量的影响进行了分析,并将计算结果与蒙特卡洛法进行了对比,验证该文所提方法的正确性与有效性。     

电池储能技术控制方法研究

总结介绍了6种常用的控制方法,阐述各自工作原理以及优缺点,针对一实际算例,就能量型与功率型储能系统,设计了其DC／DC和DC／AC控制策略及DC／AC滤波环节,并给予Matlab／Simulink仿真平台搭建风储系统仿真模型。通过仿真结果表明,所设计控制策略下的电池储能能够平滑风电输出的波动,达到并网要求,2种不同类型的储能电池,能够优势互补,利于延长储能电池寿命。     

基于改进型恒压控制与直流电压控制的交流微网协调控制方法研究

PQ控制、下垂控制与交流微网中光伏发电、风力发电等微电源之间存在协调性差问题,该文通过采用交流微网的直流电压控制策略,可使直流电压控制与光伏发电、风力发电之间的配合与协调更好,但当采用直流电压控制时,光伏发电、风力发电微电源的恒压控制策略就无法实现,为此改进恒压控制策略,提出基于改进型恒压控制与直流电压控制的交流微网的协调控制策略。Matlab/Simulink仿真结果验证了该文所提控制策略的有效性和可行性。     

Maximum power point tracker of wind energy conversion system

In this paper, a simple control strategy for an optimal extraction of output power from grid connected variable speed wind energy conversion system (WECS) is presented. The system consists of a variable speed wind turbine coupled to a permanent magnet synchronous generator (PMSG) through a gear box, a diode bridge rectifier, a dc-to-dc boost converter and a current controlled voltage source inverter. The maximum power point tracker (MPPT) extracts maximum power from the wind turbine from cut-in to rated wind velocity by sensing only dc link power. The MPPT step and search algorithm in addition to the DC–DC and DC–AC converters PWM controllers are simulated using MATLAB-SIMULINK software. The obtained simulation results show that the objectives of extracting maximum power from the wind and delivering it correctly to the grid are reached.     

直流配电系统的运行与控制

为了提高供电能效和质量、增强电力系统的可控性,提出了直流配电系统,建立了辐射型直流配电网络结构,采用电压下垂控制方式,并对直流配电系统各种运行情况进行了仿真。结果表明,直流配电系统在重载情况下从交流电网吸收有功功率,轻载情况下向交流大电网回馈有功功率,对交流大电网有一定的功率支援作用;在电源和负荷扰动情况下,系统能维持功率平衡,且直流母线电压能保持稳定,证实了直流配电系统的可行性。     

面向用户的多分布式电源并联优化控制技术研究

采用传统下垂控制的多分布式电源并联系统中,由于线路阻抗和本地负荷不同以及控制单元逻辑复杂、控制参数设置差异等原因,使各分布式电源有功无功功率输出不能按容量均分,导致产生系统环流。对此,提出一种改进的分布式电源并联下垂控制策略,即在传统U-Q下垂控制中加入无功补偿,将有功下垂前置到直流侧DC/DC斩波器环节,最终最大限度减小分布式电源并联变流器有功、无功之间相互耦合影响,有效改善分布式电源多机并联时有功/无功功率分配精度,降低系统环流。最后,通过Matlab/Simulink仿真平台验证了该策略的有效性和可行性。     

风力机特性的直流电动机模拟及其变速恒频风力发电研究中的应用

为了能在不具备风场环境的实验室条件下对双馈异步发电机的交流励磁发电技术进行实验研究,该文提出了采用直流电动机模拟风力机工作特性的实现方案。该方法基于风力机和直流电动机在功率(转矩)特性上的相似性,采用转矩控制方案实现了风力机特性的直流电动机模拟,进而构建了整个变速恒频DFIG风力发电装置的实验系统。首次在实验室环境下实现了最大风能动态追踪、P、Q解耦控制的实验研究,验证了直流电动机模拟风力机特性的可实现性和变速恒频DFIG风力发电系统最大风能追踪控制策略的正确性。     

A linear quadratic regulator control of a stand-alone PEM fuel cell power plant

This paper introduces a technique based on linear quadratic regulator (LQR) to control the output voltage at the load point versus load variation from a standalone proton exchange membrane (PEM) fuel cell power plant (FCPP) for a group housing use. The controller modifies the optimal gains k _i by minimizing a cost function, and the phase angle of the AC output voltage to control the active and reactive power output from an FCPP to match the terminal load. The control actions are based on feedback signals from the terminal load, output voltage and fuel cell feedback current. The topology chosen for the simulation consists of a 45 kW proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), boost type DC/DC converter, a three-phase DC/AC inverter followed by an LC filter. Simulation results show that the proposed control strategy operated at low commutation frequency (2 kHz) offers good performances versus load variations with low total harmonic distortions (THD), which is very useful for high power applications.     

具有模式激活的储能双向DC-DC变换器的有限集模型预测控制方法

针对直流微电网中分布式发电机组输出功率不确定及负荷波动导致系统功率不平衡和直流母线电压不稳定的问题,提出了一种双向DC-DC变换器的模式激活有限集模型预测控制方法,预设了直流母线电压允许波动范围的上下限,利用范围比较器,根据母线电压实际值自动选择储能系统的工作模式,并实现其在不同模式之间的自由切换。仿真结果表明,提出的控制策略在三种模式切换的过程中,能够快速地稳定母线电压值,提高系统的电能质量并延长蓄电池的使用寿命。研究成果可用于指导工程实践。