飞轮储能系统风力发电并网功率平滑控制MATLAB仿真
8页1、风电机组并网功率控制应用研究风电机组并网功率控制应用研究随着风电产业的迅速发展,风电装机容量也在持续创新高,风电的大量入 网,虽然给电力发展带来了新的契机。但是由于风速的不可预期性和随机性, 风力发电系统有功功率输出波动严重,增大了系统稳定运行的难度。目前,风 力发电机组多采用最大风能捕获控制策略,在额定风速以下,维持风机桨距角 恒定,通过改变发电机转速保持风机在最佳叶尖速比下运行,从而实现最大风 能捕获i;在额定风速以上时,保持发电机转速在额定转速附近,通过改变桨距 角控制电机输出功率为额定功率,此时降低了对风能的利用率。因此,为了缓 解风电机组输出功率的波动,提高机组输出电能质量,期望风电机组在尽可能 提高风能利用率的基础上输出较为平滑的有功功率。 为了得到平滑性较好的输出功率,可以利用储能装置对风电机组输出的功 率波动进行能量缓存。飞轮储能是一种充放电迅速、动态性能优越、寿命长、 负荷跟踪性好、能量密度高、清洁环保的新型大容量储能技术,在新能源大规 模投入和智能电网大力建设的推动作用下,飞轮储能技术得到了迅速的发展, 飞轮储能技术在风力发电领域中的推广应用也逐渐展开。本章针对风电
2、机组并 网有功功率波动较大的问题,在永磁直驱风力发电机组交直交变流器的直流侧 并联飞轮储能装置,利用能量缓存原理,对风电并网侧功率平滑控制进行了研 究。4.1 飞轮储能装置与永磁直驱风力发电系统的连接拓扑飞轮储能装置与永磁直驱风力发电系统的连接拓扑在永磁直驱风力发电系统中加入飞轮储能装置后,其联合系统主电路基本 拓扑结构有两种,第一种如图 4-1 所示,将飞轮接入到机组的并网侧,此种连 接方式能够较为灵活地改善并网功率,方便地对机组并网功率按实际需要进行 调节,但是其控制系统较为复杂,并且增加了过多的装置,成本较高。电电 网网变变流流器器2 2变变流流器器1 1变变流流器器3 3异异步步电电机机永永磁磁同同步步发发电电机机风风力力机机飞飞轮轮电电池池I IM MS SM M变变流流器器4 4图 4-1 飞轮储能装置与风机并网侧连接拓扑结构第二种连接方式如图 4-2 所示,将飞轮接入到机组的直流母线侧。相对于 第一种连接方式,该方式不仅可以减少变流器装置,降低系统成本,而且可以 实现能量在风电系统和储能装置之间的合理流动,同样实现对并网有功功率的 调节。除此之外,当电网缺乏无功时,可以通
3、过控制风电系统的网侧变流器来 实现,改善并网功率。因此,本文选择第二种连接方式进行风电并网功率改善 的研究。电电 网网变变流流器器2 2变变流流器器1 1变变流流器器3 3异异步步电电机机永永磁磁同同步步发发电电机机风风力力机机飞飞轮轮电电池池I IM MS SM M图 4-2 飞轮储能装置与风机直流侧连接拓扑结构在两个背靠背变流器直流侧加入飞轮储能装置后,联合系统的输出功率控 制原理为:当风电机组输出有功功率大于期望值时,多余的功率从直流侧流向 飞轮储能装置使其加速储能;当风电机组输出功率低于期望值时,飞轮储能装 置减速放电以补偿其功率缺额。其中永磁直驱风力发电系统的原控制策略可以 保持不变。4.2 飞轮储能装置的参考功率计算飞轮储能装置的参考功率计算设风力发电机输出到变流器直流侧功率为,网侧变流器输向电网的功率sP为,直流侧向飞轮传送的功率为(如果为负值就表示飞轮向直流侧输送功gPfP率) 。由能量守恒原理有:sgfP=PP(4-1) 用于飞轮储能装置进行能量缓存的参考功率可定义为:风力发电机有功功 率输出的期望值和实际值间的功率差。这部分功率用以平缓风机的有功输出ii, 当风机实
4、际输出有功功率低于期望值时,飞轮的参考功率为负值,飞轮储能装 置释放相应的能量以补偿风力机输出功率的不足。当风力机输出大于期望值时 飞轮的参考功率为正值,飞轮储能装置加速运行将多余的能量贮藏起来。设 为风电机并网有功功率的期望值,则参考功率可由下式表示:* gP* refsgP =PP(4-2) 因此,要控制按照期望值的变化而变化,只需按照式(4-2)控制飞gP* gP轮的参考功率即可。refP目前,计算风机并网有功功率的期望值的方法主要有下面几种: (1)恒定功率或恒定风速法:将期望功率值直接设定为固定功率值,通常 设为发电机的额定功率左右。 (2)风速预测法:通过数值天气预报或者统计法得到短期预测风速,利用 短期预测风速,用风机模型求出风机的预测输出功率,对所得结果采用曲线拟 合,得到风电机组并网有功功率的期望曲线。(3)滤波器平滑法:将风电机组的实时输出功率曲线经过平滑滤波器处理, 其通常为低通滤波器,压缩去除其中高频波动的分量,从而得到具有较好平滑 性的输出功率曲线,作为风电机组并网有功功率期望值。(4)求平均值法:选取风机的输出功率曲线或实际的自然风速曲线,对某 个时间段或某
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