李軍徽， 楊嫄嫄， 馮爽， 葛延峰, 金鵬

(1.東北電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院，吉林 吉林132012；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006；3.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司沈陽(yáng)供電公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)建模與運(yùn)行控制

李軍徽1， 楊嫄嫄1， 馮爽1， 葛延峰2, 金鵬3

(1.東北電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院，吉林 吉林132012；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006；3.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司沈陽(yáng)供電公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

針對(duì)并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電的隨機(jī)波動(dòng)，在風(fēng)電場(chǎng)配置規(guī)模化電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且控制性能良好的永磁同步風(fēng)電機(jī)組，構(gòu)建風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)模型并實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行控制?；谧畲蠊β什东@和有功無(wú)功解耦控制設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)，釆用定周期比控制策略和反饋線性化理論實(shí)現(xiàn)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率傳輸控制。在PSCAD/EMTDC仿真軟件中搭建了風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)仿真模型，結(jié)果表明，釆用定周期比控制策略和反饋線性化理論設(shè)計(jì)電池儲(chǔ)能單元可以快速跟蹤參考控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)的平抑，進(jìn)而驗(yàn)證了所提出風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)模型和控制系統(tǒng)的有效性。

風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電；電池儲(chǔ)能；定周期比；反饋線性化；平抑功率波動(dòng)

0 引 言

與火電等常規(guī)電源相比，風(fēng)電的間歇性、波動(dòng)性等特點(diǎn)，導(dǎo)致風(fēng)電接入電網(wǎng)給電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。隨著風(fēng)電在電源中的比例不斷增大，這種矛盾日益加大，如何改善風(fēng)電的波動(dòng)性已經(jīng)成為風(fēng)電等新可再生能源并網(wǎng)發(fā)電領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[1-2]。目前，一種有效的解決方案就是在風(fēng)電場(chǎng)引入大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，構(gòu)建風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，利用先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)改善風(fēng)電的波動(dòng)特性，使得風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合出力平穩(wěn)可靠，從而提高風(fēng)電的并網(wǎng)安全性[3-5]。

已有相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的建模與運(yùn)行控制策略進(jìn)行研究。文獻(xiàn)[6-7]提出了采用電解水制氫和蓄電池組合構(gòu)成的蓄能獨(dú)立式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模型，提高了蓄能的可靠性；文獻(xiàn)[8]基于帶混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的雙饋電機(jī)的風(fēng)電場(chǎng)，設(shè)計(jì)了模糊神經(jīng)PID控制器，對(duì)混合儲(chǔ)能裝置的PID參數(shù)進(jìn)行在線優(yōu)化，仿真驗(yàn)證了該控制策略能實(shí)現(xiàn)平抑風(fēng)電波動(dòng)；文獻(xiàn)[9]利用混合儲(chǔ)能基于移動(dòng)平均算法對(duì)風(fēng)光波動(dòng)進(jìn)行平抑，文獻(xiàn)[10]通過(guò)對(duì)區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷與風(fēng)電出力數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析，提出了協(xié)調(diào)兩者的儲(chǔ)能系統(tǒng)平滑風(fēng)電場(chǎng)出力策略，并給出了數(shù)學(xué)模型；文獻(xiàn)[11-12]基于雙饋風(fēng)電機(jī)組、光伏發(fā)電和儲(chǔ)能的單元級(jí)機(jī)電暫態(tài)模型，利用組合建模法得到風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)模型，仿真結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證；文獻(xiàn)[13]考慮棄風(fēng)和儲(chǔ)能控制手段,以風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行的效益最大化為目標(biāo),提出了抑制風(fēng)電爬坡率的風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合優(yōu)化控制策略。文獻(xiàn)[14]提出一種新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)與FPC的聯(lián)合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)有功和無(wú)功的優(yōu)化控制，有效提高機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行特性。文獻(xiàn)[15]建立了不同類(lèi)型電池儲(chǔ)能電站的綜合兼容性模型，考慮電池的不同特性和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，從規(guī)劃角度給出應(yīng)用場(chǎng)景，并未對(duì)接入風(fēng)電后的儲(chǔ)能模型與特性進(jìn)行研究。文獻(xiàn)[16]結(jié)合飛輪工作特性，為實(shí)現(xiàn)直流母線電壓恒定，分別在充放電過(guò)程提出了一種改進(jìn)負(fù)荷控制策略和一種綜合優(yōu)化弱磁控制策略，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)和工程試驗(yàn)得到驗(yàn)證。

本文構(gòu)建了風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)模型并實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行控制，基于最大功率捕獲和有功無(wú)功解耦控制設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)，釆用定周期比控制策略和反饋線性化理論實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率傳輸控制。最后基于PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)軟件搭建了風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仿真平臺(tái)，以平抑風(fēng)電功率的波動(dòng)為目標(biāo)設(shè)計(jì)風(fēng)速突變與隨機(jī)風(fēng)速下的典型算例，驗(yàn)證了模型和控制系統(tǒng)的正確性和有效性。

1 風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)模型與控制

1.1 風(fēng)力發(fā)電模型與控制系統(tǒng)

直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有轉(zhuǎn)速可調(diào)、效率高、控制靈活等特點(diǎn)[17-18]，因此，基于永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1，主要包括風(fēng)力機(jī)，發(fā)電機(jī)和背靠背變流器等。

圖1 永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of permanent magnet wind turbine

風(fēng)力機(jī)從空氣中捕獲的風(fēng)能由下式可確定[19]

(1)

其中

(2)

式中：ρ為空氣的密度，kg/m3；R為風(fēng)力機(jī)葉片半徑，m；vw為風(fēng)速，m/s；Cp為風(fēng)能利用系數(shù)；β為葉片的槳距角；λ為風(fēng)力機(jī)葉尖速比；ω為風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速，rad/s。

同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下永磁同步發(fā)電機(jī)的電壓方程[20]：

(3)

磁鏈方程：

(4)

式中：Usd、Usq為定子電壓空間矢量的d、q軸分量，isd、isq為定子電流空間矢量的d、q軸分量，Rs為定子電阻，ωr為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角速度，Ld，Lq為定子d、q軸等值繞組自感；ψf為轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁鏈。

同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，背靠背變流器發(fā)電機(jī)側(cè)變流器與電網(wǎng)側(cè)變流器結(jié)構(gòu)相同，下面僅給出網(wǎng)側(cè)變流器的數(shù)學(xué)模型為：

(5)

式中：u2d、u2q為分別為變流器d、q軸輸出電壓的基波分量；S2d、S2q為dq坐標(biāo)系下的變流器開(kāi)關(guān)量；udc為直流電壓；i2d、i2q為網(wǎng)側(cè)dq軸電流；ω為電網(wǎng)角頻率；L、R分別為網(wǎng)側(cè)變流器與電網(wǎng)之間的連接電感及等值電阻；ed、eq為電網(wǎng)d、q軸電壓，idc1為發(fā)電機(jī)側(cè)變流器流入直流電容的直流電流。

永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的整體控制圖如圖2所示，主要由風(fēng)力機(jī)的槳距角控制、發(fā)電機(jī)與網(wǎng)側(cè)變流器的控制組成。發(fā)電機(jī)側(cè)變流器控制的目標(biāo)為將永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)出的頻率和電壓幅值均變化的交流電整流成直流電，控制風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)風(fēng)能利用；網(wǎng)側(cè)變流器控制目標(biāo)為將直流電逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率、同幅值的交流電，維持直流側(cè)電壓恒定，并根據(jù)電網(wǎng)需求實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)間的無(wú)功交換。

圖2 永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)示意圖Fig.2 Diagram of permanent magnet wind generator control system

風(fēng)力機(jī)的槳距角控制以轉(zhuǎn)速ω為反饋量，槳距角為控制對(duì)象。當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速將上升超過(guò)額定轉(zhuǎn)速，槳距角控制開(kāi)始起作用，將發(fā)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速ω與額定轉(zhuǎn)速ωref比較，經(jīng)PI控制器得到槳距角的控制信號(hào)，槳距角伺服系統(tǒng)執(zhí)行后得到風(fēng)力機(jī)葉片的實(shí)際槳距角；發(fā)電機(jī)側(cè)變流器控制采用雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，外環(huán)根據(jù)轉(zhuǎn)速-功率最優(yōu)曲線，得到轉(zhuǎn)速ω下有功功率參考值Pref，與經(jīng)過(guò)濾波后的定子側(cè)實(shí)際的功率值P1比較后，得到q軸電流的參考值iqref，根據(jù)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)得到d軸電流參考值idref，內(nèi)環(huán)基于前饋解耦控制策略，得到變流器端口處dq軸分量的參考電壓ud2和uq2,再通過(guò)PWM控制得到變流器的脈沖控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電流的跟蹤和解耦控制；網(wǎng)側(cè)變流器控制仍采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)根據(jù)直流側(cè)電壓參考值Udcref和無(wú)功功率參考值Qref，與直流側(cè)電壓實(shí)際值Udc和網(wǎng)側(cè)無(wú)功功率Q2比較后，經(jīng)PI控制器得到內(nèi)環(huán)d軸、q軸電流的參考值idref、iqref，同樣基于前饋解耦控制策略，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)環(huán)對(duì)電流的跟蹤和解耦控制。

1.2 電池儲(chǔ)能模型與控制系統(tǒng)

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3，主要由電池儲(chǔ)能單元與功率調(diào)節(jié)單元組成。其中電池組由多個(gè)電池串聯(lián)等效，功率調(diào)節(jié)單元包括升降壓斬波(Buck-Boost)電路、儲(chǔ)能并網(wǎng)變流器等。

圖3 電池儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure of battery energy storage system

當(dāng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)工作于放電狀態(tài)時(shí)，升降壓斬波電路工作于Boost模式，V1保持關(guān)斷，V2根據(jù)控制信號(hào)開(kāi)通或關(guān)斷；當(dāng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)工作于充電電狀態(tài)時(shí)，升降壓斬波電路工作于Buck模式，V2保持關(guān)斷，V1根據(jù)控制信號(hào)開(kāi)通或關(guān)斷。選取d軸與電網(wǎng)電壓矢量重合，q軸超d軸90°，充/放電兩種方式下主電路的數(shù)學(xué)模型相似，下面僅給出Buck模式下電路的數(shù)學(xué)模型：

(6)

其中：

式(6)中：ω為交流系統(tǒng)相電壓的角頻率；id、iq分別為交流系統(tǒng)電流矢量的d、q 軸分量；Ed為交流系統(tǒng)電壓矢量的d軸分量；md、mq分別為儲(chǔ)能變流器開(kāi)關(guān)函數(shù)的d、q軸分量，udc為儲(chǔ)能變流器直流側(cè)母線電壓。

電池儲(chǔ)能控制系統(tǒng)整體控制圖如圖4所示，包括Buck-Boost電路和儲(chǔ)能變流器的控制電路。Buck-Boost電路的控制目標(biāo)為控制電池儲(chǔ)能系統(tǒng)按照給定功率充放電，儲(chǔ)能變流器的控制目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)直流側(cè)電壓和無(wú)功功率的恒定，實(shí)現(xiàn)電池單元、變流器和電網(wǎng)側(cè)有功功率的平衡直流電壓的恒定和傳輸功率因數(shù)的調(diào)節(jié)及并網(wǎng)點(diǎn)電壓的補(bǔ)償。

圖4 電池儲(chǔ)能控制系統(tǒng)示意圖Fig.4 Diagram of battery energy storage control system

Buck-Boost電路采用定周期比控制策略，即根據(jù)參考功率Pref和電池電壓Ub，與實(shí)際功率P2比較得到參考電流值Ibref，將實(shí)際電流Ib與參考電流Ibref比較，得到控制周期內(nèi)PWM信號(hào)，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，使得實(shí)際電流跟蹤參考電流值。儲(chǔ)能并網(wǎng)變流器控制采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，基于反饋線性化理論設(shè)計(jì)控制器[21]，外環(huán)根據(jù)電壓參考值、實(shí)際采集電壓值及給定無(wú)功功率參考值確定了d、q坐標(biāo)軸下的電流參考值，并生成VSC控制輸入量：幅值m、相角δ，經(jīng)PWM調(diào)控技術(shù)生成PWM脈沖，作用于變流器，實(shí)現(xiàn)了直流電壓和給定無(wú)功功率的跟蹤。

2 風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

圖5給出了風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖，其中Pout為風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合輸出功率，Pw、Pb分別為風(fēng)電場(chǎng)和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出功率。電池儲(chǔ)能單元根據(jù)目標(biāo)功率與風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際輸出功率差值，控制儲(chǔ)能裝置充放電運(yùn)行。

圖5 風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure of wind-ES hybrid system

將目標(biāo)功率設(shè)定為恒定值，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率隨風(fēng)速變化時(shí)，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能單元充放電功率傳輸控制，即當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際輸出功率大于目標(biāo)功率時(shí)，儲(chǔ)能單元充電，存儲(chǔ)多余的風(fēng)電出力；當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際出力小于目標(biāo)功率時(shí)，儲(chǔ)能單元放電，釋放能量，補(bǔ)充功率差額，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)的平抑，使得風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合輸出恒定。

3 算例分析

本文基于PSCAD/EMTDC仿真軟件，根據(jù)所建立的模型與控制系統(tǒng)，參考1.5 MW永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的參數(shù)搭建風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仿真平臺(tái)，系統(tǒng)主要參數(shù)見(jiàn)表1。

為驗(yàn)證所構(gòu)建風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和控制策略的有效性，設(shè)計(jì)了恒定風(fēng)速突變、隨機(jī)風(fēng)工況下,儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)風(fēng)力機(jī)輸出功率進(jìn)行平抑，風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電輸出恒定功率的典型算例。

表1 風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)參數(shù)

3.1 恒定風(fēng)速突變下仿真分析

當(dāng)風(fēng)速由當(dāng)前值突變?yōu)榱硪恢禃r(shí)，風(fēng)電機(jī)組輸出功率發(fā)生變化，若設(shè)定風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)目標(biāo)功率為固定值，則儲(chǔ)能系統(tǒng)根據(jù)兩者差值進(jìn)行功率傳輸控制，各時(shí)間段系統(tǒng)的運(yùn)行條件見(jiàn)表2。

表2 風(fēng)速突變仿真運(yùn)行條件設(shè)定

圖6為恒定風(fēng)速突變下風(fēng)速、永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率、風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行并網(wǎng)功率和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出功率仿真波形圖。當(dāng)風(fēng)速發(fā)生突變時(shí)，風(fēng)力機(jī)的輸出功率隨之變化，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)根據(jù)所設(shè)定目標(biāo)功率進(jìn)行充放電功率傳輸控制，使得聯(lián)合運(yùn)行并網(wǎng)功率跟蹤目標(biāo)。

圖6 風(fēng)/儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行仿真圖(t=2～18 s)Fig.6 Simulation results of wind power generator and energy storage system(t=2～18 s)

圖7為仿真I區(qū)的風(fēng)速、永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率，直流側(cè)電壓波形局部放大圖。由圖可知，經(jīng)過(guò)約0.4 s后風(fēng)電機(jī)組輸出有功功率穩(wěn)定到新的值,輸出有功功率增加了310 kW，無(wú)功功率為0，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)單位功率因數(shù)下運(yùn)行，變流器直流側(cè)電壓最大波動(dòng)值為19 V，這說(shuō)明風(fēng)電機(jī)組的控制器具有良好的功率跟蹤性能。圖8為風(fēng)電機(jī)組輸出功率變化過(guò)程中的系統(tǒng)側(cè)相電壓和三相電流波形，由波形可見(jiàn)電流波形有較好的正弦度。

圖7 I區(qū)放大圖(4～6.5 s)Fig.7 Enlarged view of area I(4～6.5 s)

圖8 網(wǎng)側(cè)的三相電壓電流變化波形(5.18～5.27 s)Fig.8 Three-phase current and voltage curve at grid side(5.18～5.27 s)

圖9為風(fēng)速由11 m/s突變至9 m/s時(shí)，仿真II區(qū)風(fēng)速、儲(chǔ)能變流器直流側(cè)電壓、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出功率波形局部放大圖。由圖可知，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)約需0.4 s由吸收風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的300 kW有功功率變?yōu)榘l(fā)出有功功率200 kW，儲(chǔ)能系統(tǒng)變流器直流側(cè)電壓最大波動(dòng)值為240 V，但在0.6 s內(nèi)可以穩(wěn)定到參考值附近，可見(jiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)可以按照指定的功率指令運(yùn)行，且直流側(cè)電壓在受擾情況下能夠較快的恢復(fù)到指令值附近。由圖6可見(jiàn)在t=13 s時(shí)，注入電網(wǎng)的參考無(wú)功功率由0突變?yōu)?00 kVar，由于風(fēng)電機(jī)組為單位功率因數(shù)控制，所以?xún)?chǔ)能系統(tǒng)快速響應(yīng)輸出無(wú)功功率。

圖9 風(fēng)/儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行仿真圖(8～13 s)Fig.9 Simulation results of wind-ES system(8～13 s)

3.2 風(fēng)速隨機(jī)變化下仿真分析

當(dāng)風(fēng)速隨機(jī)變化時(shí)，設(shè)定風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)的運(yùn)行條件如表3，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行性能進(jìn)行分析。

表3 隨機(jī)風(fēng)速仿真運(yùn)行條件設(shè)定

圖10為風(fēng)速隨機(jī)變化時(shí)風(fēng)速、永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率、風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行并網(wǎng)功率和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出功率仿真波形圖。

圖10 風(fēng)/儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行仿真圖(3～12 s)Fig.10 Simulation results of wind power generator and energy storage system (t=3～12 s)

由圖10可見(jiàn)，在風(fēng)速發(fā)生變化導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組輸出功率也變化時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠快速動(dòng)作，吞吐功率保證了風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)總輸出功率的恒定，且有功功率和無(wú)功功率解耦效果好。

4 結(jié) 論

本文構(gòu)建了風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)模型并實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行控制，基于PSCAD/EMTDC仿真軟件搭建了風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仿真平臺(tái)，驗(yàn)證模型和控制系統(tǒng)的有效性，得出以下結(jié)論：

1)基于雙閉環(huán)控制策略的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出有功功率可快速跟隨風(fēng)速變化，實(shí)現(xiàn)最大功率捕獲，發(fā)電機(jī)單位因數(shù)功率控制下的有功、無(wú)功解耦控制效果良好。

2)釆用定周期比控制策略和反饋線性化理論設(shè)計(jì)電池儲(chǔ)能單元的控制系統(tǒng)，通過(guò)功率傳輸控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)的有效平抑。

3)風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)輸出穩(wěn)定，整體控制性能良好，改善了風(fēng)電的波動(dòng)性，有利于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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Modeling and operation control of wind-ES hybrid power system

LI Jun-hui1， YANG Yuan-yuan1， FENG Shuang1， GE Yan-feng2， JIN Peng3

(1.School of Electrical Engineering,Northeast Dianli University,Jilin 132012,China；2.Liaoning Province Electric Power Company of National Grid,Shenyang 110006,China；3.Shenyang Electric Power supply Company,State Grid Liaoning Electric Power Company,Shenyang 110006,China)

Because of volatility characteristics of wind power,the battery energy storage system is deployed in wind farms.And the permanent magnet synchronous generator was adopted due to its simple structure and reliable performance.Then a Wind-ES integrated generation model was established to control the operation of system.The control system of wind turbines was designed based on the maximum power tracking and active-reactive power decoupled control.The fixed period ratio control strategy and the feedback linearization theory was adopted to control the power transmission of battery energy storage system.A simulation model of Wind-ES integrated generation system was built by using the electromagnetic transient simulation software PSCAD/EMTDC.The simulation results show that the battery units based on the fixed period ratio control strategy and the feedback linearization theory quickly track the reference control instruction,and smooth the fluctuations of wind power.It proves effectiveness of the proposed Wind-ES integrated generation model and control system.

wind-ES hybrid power system;battery energy storage;fixed cycle ratio;feedback linearization;smooth power fluctuation

2014-09-29

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973 計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2013CB228201)； 吉林省教育廳“十三五”科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(吉教科合字[2016]第88號(hào))；國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目資助(SGLNSY00FZJS1500191)

李軍徽(1976—)，男，博士，副教授，研究方向?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電運(yùn)行與控制技術(shù)、大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用； 楊嫄嫄(1991—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行與控制技術(shù)； 馮 爽(1990—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行控制技術(shù)； 葛延峰(1975—)，男，博士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榇箅娋W(wǎng)運(yùn)行，新能源接入電網(wǎng)與運(yùn)行、儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱； 金 鵬(1979—)，男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樾履茉唇尤腚娋W(wǎng)與運(yùn)行。

李軍徽

10.15938/j.emc.2017.05.008

TM 743

A

1007-449X(2017)05-0058-08