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并联储能系统平抑风电功率波动的仿真研究

来源: 编者:杨海姣1 边敦新1 李改革1 发布时间:2014-02-07

摘要:风电场直接并网严重影响电力系统的电能质量。储能系统通过FACTS装置与电网相连能够改善风力发电的电能质量和减小对电网的冲击,STATCOM可以对风电接入点进行无功补偿。将STATCOM和储能系统结合可同时实现对风电并网接入点的有功功率和无功功率的调节,分析了STATCOM/BESS的工作原理,建立了STATCOM/BESS的数学模型,设计了基于电流解耦控制策略的控制框图,利用Matlab/simulink仿真证明STATCOM/BESS平抑风电功率波动的有效性。
关键词:风电并网,功率波动,储能,STATCOM
Abstract:
Keyword:

 

风电作为清洁能源有着广阔的发展前景。风电的波动性与间歇性决定了风电输出功率的波动,大规模风电并网可能引起风电场并网节点的电压、频率波动较大,影响系统的电能质量和稳定性,对电网的调度与控制带来影响[1]

目前风电场有功出力波动多采用直接调节风力发电机转速、桨距等方法,通过改变机组的运行状态抑制风电出力的间歇与波动,从而平滑的注入电网。[2]随着储能技术和电力电子技术的发展,储能系统不但可以控制风力发电输出的有功功率,而且当储能容量足够大时,还可以用于电力调峰,使风力发电机组作为调度单元运行。风电场并网接入点的无功波动通常情况下是并联无功补偿装置进行无功调节,比如电容器补偿,同步调相机,静止无功补偿器(SVC)和静止同步补偿器(STATCOM),其中静止同步补偿器具有可连续跟踪无功功率,响应速度快,损耗噪声小等优点在近年来得到广泛地应用。然而基于电压型变换器VSCSTATCOM,它的直流侧是电容,储存的能量非常有限,而STATCOM仅仅能吸收很小的有功功率(约为装置额定容量的1%-2%)以抵消装置本身的有功损耗,并通过控制维持直流电压在一定的范围内,电容起着电压支撑的作用。因此STATCOM只能在两个象限内运行,也就是说只能发出无功功率和吸收无功功率,而不能与系统交换大量的有功功率。将STATCOM和储能系统结合同时实现对风电并网接入点的有功功率和无功功率的调节成为研究的热点。[3]

本文建立了STATCOM/BESS的数学模型,计算了主电路主要参数,根据系统特点设计了控制系统,最后利用Matlab/simulink进行了仿真。仿真结果验证了STATCOM/BESS平抑风电功率波动的有效性。

1系统整体拓扑结构

图1STATCOM/BESS整体拓扑结构

系统整体拓扑结构如图1所示。储能蓄电池通过STATCOM变换电路并联在电网上,以实现二者之间的功率流动,整个储能系统与公共电网通过四象限储能变流电路连接,以实现二者能量交换的柔性控制。

2STATCOM/BESS的工作原理

2STATCOM/BESS的电压向量

2表示了STATCOM/BESS的稳态输出特性,应注意到STATCOM的输出电压仅在虚线上取值,是一维的;而BESS的输出电压则可以在园内任意取值,提高了系统的自由度与性能。图2中中圆内部的虚线将STATCOM/BESS的工作区域分为两部分:左下部代表储能系统处于充电状态,STATCOM相当于整流器;右上部分表示BESS的放电区。角度BESS输出电压角度的最大值和最小值; STATCOM电压输出角度的最大值和最小值。这些角度与系统电压、等效阻抗和STATCOM/BESS的最大限流值有关。STATCOM/BESS向系统注入的有功功率和无功功率主要取决于接入母线电压和向电网注入的电流大小以及相位,而后者又取决于STATCOM输出电压的大小与相位,以及等效电路的参数。

 

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