基于電網(wǎng)調(diào)度的風電儲能控制策略

李星 吐爾遜·伊不拉音 晁勤

【摘 要】隨著風電場容量的不斷增加，風電對接入電網(wǎng)的影響不可忽視。在風力發(fā)電中引入儲能電站，利用儲能電站平滑風電波動，從而改善并網(wǎng)電能質(zhì)量。本文以儲能電站的控制策略為研究對象，在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系數(shù)學模型上，建立雙向變流器的模型，并對其進行前饋解耦，設計基于PI調(diào)節(jié)器的儲能系統(tǒng)動態(tài)特性實時功率跟蹤控制策略。最后通過數(shù)字仿真驗證了所研究的實時功率控制策略的正確性和可行性。

【關鍵詞】儲能電站；雙向變流器；前饋解耦；兩相旋轉(zhuǎn)坐標系

新疆高技術支撐計劃項目，編號：201132116

【中圖分類號】TV743【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0390-02

0 引言

風電作為一種潔凈能源，近些年在國家政策和相關組織的推動下得到迅速發(fā)展[1]。風電場一般處于偏遠地區(qū)，此處電網(wǎng)架構(gòu)比較薄弱，承受沖擊能力較差，風電場的功率波動往往給系統(tǒng)帶來不利影響，從而限制風電并網(wǎng)功率[2]。

儲能電站具有快速的電能存儲、釋放能力，因此在風電系統(tǒng)中引入儲能系統(tǒng)[3]，可以減少風電場輸出波動的對電網(wǎng)的影響。

本文從儲能系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)的雙向變流器的時域數(shù)學模型出發(fā)，在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系數(shù)學模型上，建立雙向變流器的模型，并對其進行前饋解耦，設計基于PI調(diào)節(jié)器的儲能系統(tǒng)動態(tài)特性實時功率跟蹤控制策略。最后通過數(shù)字仿真驗證了所研究的實時功率控制策略的正確性和可行性。

1 儲能電站的工作原理及其建模（見圖1）

儲能電站一般是由四部分組成的：儲能裝置，雙向變流器，控制系統(tǒng)和變壓器。當儲能裝置的直流電壓穩(wěn)定時，在正確的脈寬調(diào)制技術控制下，雙向相變流器看做一個輸出基波電壓幅值和相位可調(diào)的三相電壓源。

雙向變流器建模

圖2為電壓型雙向變流器的拓撲結(jié)構(gòu)。圖中ea、eb、ec分別為三相電網(wǎng)電動勢，ia、ib、ic分別為雙向變流器交流的三相電流，idc為直流側(cè)母線電流，V dc為直流側(cè)母線電壓，Sk為三相橋臂的邏輯開關函數(shù)，其值為1是代表上橋臂導通、下橋臂關斷。（見圖2）

假設三相系統(tǒng)平衡并忽略開關器件的損耗，則根據(jù)基爾霍夫電壓定理可以得到電壓型雙向變流器的時域數(shù)學模型如式（1）所示[4]。

式中：ed、eq為三相電網(wǎng)電動勢矢量的d、q分量；vd、vq為雙向變流器輸出端基波電壓矢量的d、q分量；id、iq為三相電流矢量的d、q分量。

2 雙向變流器運行分析與控制

在三相平衡系統(tǒng)中，變流器的有功功率和無功功率在dq坐標下表示為：制信號。

3 控制器設計

3.1 前饋解耦

由式（3）可以看出，經(jīng)過坐標變換參量雖都為直流量d、q軸電流仍然相互耦合，不僅受到控制電壓Vd、Vq的控制。因此，采用前饋解耦控制策略[5]，并且電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)，則V d、Vq的控制方程變?yōu)椋?/p>

4 仿真及分析

應用PSCAD，搭建整個整個系統(tǒng)的仿真模型，進行仿真。圖5為系統(tǒng)具有快速的輸出相應，在指令發(fā)生改變后大約0.2s就能很好的跟隨，就有良好的動態(tài)穩(wěn)定性。圖6為直流側(cè)電壓波形圖，直流側(cè)電壓在輸出發(fā)生改變時，就有一定幅度的波動（-80—20伏），經(jīng)過一段時間的波動，基本能穩(wěn)定在700v。圖7、圖8為系統(tǒng)電壓電流在9s時的局部放大圖，在整個運行過程電壓基本為正弦波沒發(fā)生畸變，電流波形在輸出發(fā)生改變時，經(jīng)過幾個周期的調(diào)整就能達到系統(tǒng)輸出要求的電流值。

5 結(jié)論

在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系數(shù)學模型上，建立雙向變流器的模型，通過對系統(tǒng)功率方向的分析，得出電壓調(diào)節(jié)器的輸出控制d軸給定電流，經(jīng)前饋解耦環(huán)節(jié)，d軸電流調(diào)節(jié)器的輸出控制雙向變流器輸入端基波電流的d軸分量給定值，q軸電流給定為零。這樣不僅可以實現(xiàn)單位功率因數(shù)運行，而且可以維持直流母線電壓穩(wěn)定。仿真實驗驗證了分析的正確性，以及控制策略的有效性。

參考文獻

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