分布式風(fēng)儲控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

張敏吉，梁嘉，孫洋洲，李強，凌志斌

(1. 中海油研究總院，北京市100015；2.上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上海市200240)

分布式風(fēng)儲控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

張敏吉1，梁嘉1，孫洋洲1，李強1，凌志斌2

(1. 中海油研究總院，北京市100015；2.上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上海市200240)

分布式風(fēng)儲系統(tǒng)是儲能與風(fēng)電配合的一種新的形式，其控制系統(tǒng)運行環(huán)境惡劣但可靠性要求高。為了實現(xiàn)分布式風(fēng)儲系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，以確保安全、滿足性能、硬件成熟、數(shù)據(jù)存儲可靠為基本原則對內(nèi)蒙古某風(fēng)電場的分布式風(fēng)儲系統(tǒng)的控制系統(tǒng)硬件進行了設(shè)計。設(shè)計采用了無風(fēng)扇高可靠工業(yè)控制計算機作為主控制器，以數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)現(xiàn)場信號的采集，設(shè)計的電壓電流信號調(diào)理電路實現(xiàn)了現(xiàn)場信號的隔離輸入，主控制器與現(xiàn)場信號實現(xiàn)了三級信號隔離，保障了設(shè)備和人員的安全。通過后備電源設(shè)計保證了控制系統(tǒng)的掉電安全。上述設(shè)計在風(fēng)電場實現(xiàn)并成功運行，可為風(fēng)儲系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用提供參考。

分布式風(fēng)儲系統(tǒng)；風(fēng)儲配合；電池儲能；控制系統(tǒng)信號調(diào)理；數(shù)據(jù)采集

0 引 言

近年來，隨著人們對環(huán)境的重視，風(fēng)電作為一種較為成熟的清潔能源在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展。據(jù)國家能源局數(shù)據(jù)，我國風(fēng)電規(guī)模已居世界第一，但是棄風(fēng)問題自2010年成為行業(yè)頑疾[1]。其中，2012年的情況最為嚴重，棄風(fēng)率達17%，2013年上半年降至13.5%，2014年上半年進一步降至8.5%。2015年棄風(fēng)率再次上升，2015年上半年全國平均棄風(fēng)率15.2%，由此造成經(jīng)濟損失接近87億元。

電池儲能系統(tǒng)(battery energy storage system, BESS)與風(fēng)電機組協(xié)調(diào)控制，可平抑風(fēng)電功率的波動，減小風(fēng)電對電網(wǎng)的影響[2]。大容量電池儲能技術(shù)應(yīng)用在風(fēng)電并網(wǎng)[3]中能夠起到平滑風(fēng)電場/機組輸出功率[4]、提高風(fēng)電輸出與預(yù)測的置信度[5]、削峰填谷[6]、提高風(fēng)電可調(diào)度能力和輔助風(fēng)電場[7]參與調(diào)頻[8]等其他輔助作用。

本文依托現(xiàn)有風(fēng)電場建設(shè)“一機一儲”的分布式風(fēng)儲系統(tǒng)并成功投入運行。項目所在風(fēng)場設(shè)計裝機容量49.5 MW，采用33臺1.5 MW雙饋風(fēng)力發(fā)電機組。風(fēng)機出口電壓690 V AC，通過690 V/35 kV/1 600 kV·A升壓變壓器匯入風(fēng)電場35 kV線路，再經(jīng)35 kV/220 kV升壓變壓器并入當?shù)仉娋W(wǎng)。

1 分布式風(fēng)儲系統(tǒng)

采用“一機一儲”的分布式風(fēng)儲系統(tǒng)的風(fēng)電場如圖1[9]所示。

圖1 “一機一儲”風(fēng)儲配合示意圖Fig.1 Diagram of one storage system for one wind turbine

由于資金的限制和穩(wěn)步推進的考慮，同時為了能夠?qū)崿F(xiàn)和驗證儲能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制功能，本文僅在風(fēng)電場選取了2臺1.5 MW風(fēng)電機組作為示范工程機組，每臺風(fēng)電機組配置1個250 kW×2 h集裝箱儲能系統(tǒng)，儲能系統(tǒng)通過風(fēng)機的690 V/35 kV升壓變壓器低壓側(cè)接入風(fēng)電場。

“一機一儲”風(fēng)儲系統(tǒng)的控制系統(tǒng)通過指令控制電池儲能系統(tǒng)發(fā)出/吸收的有功功率和無功功率與風(fēng)電機組的輸出配合，實現(xiàn)了對單臺風(fēng)電機組的平滑風(fēng)電功率、削峰填谷、無功補償?shù)墓δ懿⑷〉昧撕玫男Ч?/p>

2套儲能系統(tǒng)容量相對風(fēng)電場容量比例僅為1%，如對風(fēng)電場每臺風(fēng)電機組實現(xiàn)“一機一儲”，則儲能容量相對風(fēng)電場容量比例可達33%，無功調(diào)壓、有功調(diào)頻和計劃跟蹤的效果方可體現(xiàn)。

本文所設(shè)計的風(fēng)儲系統(tǒng)控制硬件部分由主控制器、數(shù)據(jù)調(diào)理采集和存儲、后備電源組成。硬件設(shè)計原則為：設(shè)計確保安全、滿足性能、硬件成熟、數(shù)據(jù)存儲可靠。

2 控制系統(tǒng)硬件構(gòu)架

“一機一儲”風(fēng)儲配置方式?jīng)Q定了風(fēng)儲控制系統(tǒng)必然采取分布式控制結(jié)構(gòu)和方式[10]。為保證可靠性，控制系統(tǒng)采用就地控制、遠程監(jiān)視的分級管理方式。實時控制由位于現(xiàn)場的就地控制系統(tǒng)實現(xiàn)，2套儲能集裝箱擁有各自獨立的就地控制系統(tǒng)，就地控制系統(tǒng)通過對690 V/35 kV升壓變壓器低壓側(cè)總的輸出功率、電壓和頻率進行監(jiān)測和反饋，按照設(shè)定的運行模式控制電池充放電，達到平滑風(fēng)電功率、削峰填谷、無功補償、無功調(diào)壓、有功調(diào)頻和計劃跟蹤的目的。

位于中控室的監(jiān)控后臺通過光纖以太網(wǎng)起到實時監(jiān)測、報表打印等人機交互及歷史數(shù)據(jù)記錄功能。即使監(jiān)控后臺因故損壞，或者儲能集裝箱與中控室的通訊意外中斷，也不會影響現(xiàn)場集裝箱儲能系統(tǒng)的正常運行，系統(tǒng)可靠性得到良好的保證。

圖2為風(fēng)儲就地控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。電網(wǎng)側(cè)的反饋采樣點選取為風(fēng)電機組低壓側(cè)與儲能系統(tǒng)的匯流點。

圖2 風(fēng)儲系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖Fig.2 Control structure of wind power storage system

在就地控制系統(tǒng)中，將匯流點三相電壓、電流進行P/Q分解，計算得到風(fēng)電機組和儲能系統(tǒng)總有功和總無功，其中總有功作為功率平滑、削峰填谷、計劃跟蹤控制的主要依據(jù)，總無功作為無功補償和無功調(diào)壓的主要依據(jù)。將三相電壓信號進行頻率提取，作為調(diào)頻模式下的有功輸出控制的主要依據(jù)。

圖3為風(fēng)儲就地控制系統(tǒng)硬件構(gòu)架。就地控制器具有數(shù)據(jù)采集和實時存儲功能，并定期將就地數(shù)據(jù)上傳到中控室監(jiān)控后臺加以儲存，以便于后期的統(tǒng)計分析之用。運行人員可通過中控室的監(jiān)控后臺設(shè)定儲能集裝箱就地控制器運行于風(fēng)電功率平滑、計劃功率跟蹤、調(diào)壓、調(diào)頻、削峰填谷等模式，工作模式指令以通訊形式下發(fā)給就地控制器執(zhí)行。監(jiān)控后臺可實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)和事件記錄的檢索查詢、數(shù)據(jù)分析、生成圖形曲線和報表并打印輸出。

圖3 就地控制系統(tǒng)硬件構(gòu)架框圖Fig.3 Hardware structure of local control system

3 就地控制系統(tǒng)主控制器

主控制器選擇上考慮到控制實時性、硬件通用性、可靠性、擴展性、易維護性及相應(yīng)的軟件資源等因素，本文采用在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的工業(yè)控制計算機作為就地控制系統(tǒng)的主控制器。

就地控制系統(tǒng)的控制周期對風(fēng)儲系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制性能至關(guān)重要。經(jīng)對控制策略的運算量估算，采用工業(yè)控制計算機可確保就地控制系統(tǒng)指令響應(yīng)速度達到ms級，為實現(xiàn)高的控制性能奠定了基礎(chǔ)。

在電子系統(tǒng)中，運動的機械部件的可靠性遠低于靜止的電子部件，為保證就地控制器的可靠性，本文設(shè)計中采取了如下措施：(1)低功耗、無風(fēng)扇的研華工控機UNO3085作為就地控制系統(tǒng)主控制器，其平均無故障工作時間達到近20萬h，遠遠高于常規(guī)工控機平均無故障工作時間；(2)采用固態(tài)硬盤取代計算機中傳統(tǒng)的機械旋轉(zhuǎn)硬盤，以避免機械旋轉(zhuǎn)部件相對較低的可靠性對控制器整體可靠性的影響。

4 信號測量電路

工控機中配置數(shù)據(jù)采集卡可以便捷地實現(xiàn)對電壓、電流等信號的測量。數(shù)據(jù)采集卡輸入信號的范圍多為±1 V DC，±2 V DC，±5 V DC或±10 V DC。一方面，輸入信號超出采集卡輸入電壓范圍將無法被準確測量，嚴重時甚至?xí)斐蓴?shù)據(jù)采集卡的損壞；另一方面，輸入信號過小將降低測量的有效精度。綜合考慮信號調(diào)理電路供電等因素，本設(shè)計中將數(shù)據(jù)采集卡的輸入信號范圍設(shè)定為±5 V DC。外部輸入信號額定值將被調(diào)理到±4 V DC左右，在保證一定的裕量同時盡量利用有效量程以保障測量精度。

4.1 電壓、電流傳感器

在風(fēng)電機組與儲能系統(tǒng)的匯流點以V/V接法安裝了2只690 V/100 V電壓互感器，以實現(xiàn)電力標準方式的對一次電壓信號Uab、Ubc和Uca的隔離測量。100 V交流信號無法被數(shù)據(jù)采集卡直接測量，需要經(jīng)過適當?shù)乃p處理才能輸入到數(shù)據(jù)采集卡輸入端。

電流的測量點位于風(fēng)機690 V/35 kV升壓變壓器的低壓側(cè)。為便于現(xiàn)場工程安裝，優(yōu)先選用了開口式霍爾電流傳感器。1.5 MW風(fēng)電機組額定輸出電流有效值為1 255 A，對應(yīng)峰值為1 775 A。但基于前期對風(fēng)電輸出功率的長時間監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，短期實際輸出電流峰值接近2 100 A，故選用額定電流2 000 A，線性過載能力1.5倍的開口式霍爾式電流傳感器。如此確保了電流信號的無損輸入。電流傳感器輸入輸出變比為2 000 A/4 V。

在每個690 V/35 kV升壓變壓器內(nèi)安裝3只霍爾電流傳感器以測量abc三相電流。3個電流傳感器通過屏蔽電纜輸入儲能集裝箱內(nèi)的就地控制系統(tǒng)。為防止外界對電流信號的干擾，電纜屏蔽層接地。

4.2 信號調(diào)理隔離電路

為保證安全、隔斷共模干擾和實現(xiàn)輸入匹配，信號調(diào)理隔離電路實現(xiàn)將電壓互感器二次側(cè)信號和霍爾電流傳感器輸出信號隔離變換為就地控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡可以接受的信號，信號調(diào)理隔離電路至少需要3個電壓和3個電流通道。本設(shè)計中，同時利用數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)對就地控制系統(tǒng)控制電源的掉電監(jiān)測，故本信號調(diào)理隔離電路共7個通道。

考慮到風(fēng)電場電壓的波動[11]，確保在風(fēng)電場電壓最高時也不會導(dǎo)致電壓輸入信號超過數(shù)據(jù)采集卡量程，設(shè)計信號調(diào)理電路的電壓互感器變比為 120 V/3.53 V。副邊3.53 V的工頻交流電壓峰值對應(yīng) 5 V DC，因此該原/副邊電壓設(shè)計可確保在風(fēng)電場電壓波動時，輸入到后級數(shù)據(jù)采集卡的信號幅度不超過 5 V DC，數(shù)據(jù)采集卡仍可實現(xiàn)對電網(wǎng)電壓的有效和準確的測量。電壓互感器同時起到了現(xiàn)場信號與數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)部弱電電路的隔離作用，有利于設(shè)備和人生安全。

為最大程度避免信號干擾，確保信號完整性，數(shù)據(jù)采集卡設(shè)置為雙端差分輸入的工作方式。電壓信號的調(diào)理隔離電路如圖4所示。

圖4 電壓信號隔離輸入差分輸出Fig.4 Voltage input isolated and differential output

如前所述，本文中電流傳感器的電流變比為 2 000 A/4 V。當并網(wǎng)點電流峰值2 100 A，電流傳感器對應(yīng)的輸出為4.2 V，處于數(shù)據(jù)采集卡合適的量程之內(nèi)。考慮到電流傳感器與就地控制器之間有30～40 m的距離，為避免現(xiàn)場干擾信號通過數(shù)據(jù)采集卡侵入工控機內(nèi)部，實現(xiàn)現(xiàn)場信號與數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)部弱電電路的隔離的目的，在數(shù)據(jù)采集卡之前采用3 V/3.53 V電壓互感器再次進行了隔離。由于電流互感器輸出信號距離較遠，且其驅(qū)動能力有限，在傳感器輸出電壓信號接入信號調(diào)理板后首先進行運放跟隨，以避免負載效應(yīng)引起的誤差。具體電路原理如圖5所示。

圖5 電流信號調(diào)理隔離電路Fig.5 Isolated condition circuit for current signal

本文就地控制系統(tǒng)為220 V供電，同時配置了不間斷電源(uninterruptible power supply，UPS)作為后備電源，以確保外部電源停電時能夠向中控室監(jiān)控后臺發(fā)出告警信息以便及時處理。要完成外部電源停電報警的功能，就地控制系統(tǒng)需實現(xiàn)對外部電源的掉電檢測。

利用數(shù)據(jù)采集卡對控制電源的幅度進行實時檢測實現(xiàn)對控制電源是否正常的監(jiān)測。本文利用1只300 V/2 V電壓互感器將控制電源信號以隔離的方式輸入到數(shù)據(jù)采集卡的輸入端，數(shù)據(jù)采集卡將檢測到交流電壓信號。若供電電壓跌落到正常電壓的70%以下，且持續(xù)時間3 s以上，即判斷為外部控制電源掉電故障。外部控制電源掉電的檢測電路如圖6所示。最終設(shè)計完成信號調(diào)理板如圖7所示。

圖6 控制電源掉電檢測電路Fig.6 Drop detective circuit for control power supply

圖7 信號隔離調(diào)理板Fig.7 PCB of signal condition and isolation

4.3 調(diào)理電路的頻率特性測試

電網(wǎng)電壓不可避免地存在諧波成分[12]，風(fēng)電機組和儲能系統(tǒng)輸出電流中也存在電流諧波[13]。

信號調(diào)理電路中，電壓信號直接通過電壓互感器隔離傳輸，電流信號經(jīng)過運放跟隨后再經(jīng)由互感器隔離傳輸，無論哪種情況，信號調(diào)理電路均應(yīng)能無畸變地傳輸真實的信號。因此本文在對調(diào)理電路的變比進行測試驗證之后對其頻率特性進行了測試，以檢驗是否滿足實際使用要求。在電力系統(tǒng)中，僅存在奇次諧波電壓和諧波電流[14]，主要的諧波一般在21次以內(nèi)，因此將最高測試頻率限定為21次諧波。

為測試互感器對諧波的變換情況，用信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率為150，250，350，450，550，650，750，850，950，1 050 Hz的正弦交流信號來分別模擬3，5，7，9，11，13，15，17，19，21次諧波的波形。限于篇幅，列出測試得到的電流通道的輸入輸出的3次諧波和21次諧波波形如圖8所示。

圖8 3次和21次諧波波形圖Fig.8 Thrid and 21th harmonic wave

對比可看出，信號調(diào)理電路的輸出波形與輸入端一致，沒有發(fā)生畸變，相位也一致，對有功功率、無功功率計算的準確性可以得到保證。信號隔離調(diào)理板起到了對輸入信號進行準確調(diào)理和有效隔離的作用。

4.4 就地控制器數(shù)據(jù)采集卡

三相電壓、電流信號的測量則通過具有隔離功能的外設(shè)部件互連標準(peripheral component interconnect，PCI)接口數(shù)據(jù)采集卡，配合電壓電流傳感調(diào)理電路來實現(xiàn)。鑒于大功率風(fēng)電變流器[15]開關(guān)頻率較低，電流值開關(guān)紋波較大，為保證相關(guān)數(shù)據(jù)測量的準確性，數(shù)據(jù)采集速度不低于每通道5 kbit/s，精度不低于12 bit。

數(shù)據(jù)采集卡前端模擬信號采集電路與PCI總線之間具有2 500 V DC的光電隔離能力，再次確保切斷現(xiàn)場干擾傳入核心控制器的途徑，提高了控制系統(tǒng)可靠性，同時保障了人身安全。

為消除現(xiàn)場可能的共模干擾的影響，數(shù)據(jù)采集卡采取差分輸入方式。3個線電壓通過信號調(diào)理板輸入數(shù)據(jù)采集卡0-1/2-3/4-5這3個通道；電流信號通過信號調(diào)理板輸入數(shù)據(jù)采集卡6-7/8-9/10-11這3個通道；就地控制系統(tǒng)電源電壓通過信號調(diào)理板輸入數(shù)據(jù)采集卡12-13通道。

5 就地控制系統(tǒng)后備電源

正常情況下，就地控制系統(tǒng)的控制電源由 380 V/690 V升壓變壓器的低壓側(cè)提供。當變壓器或者線路原因造成電源出現(xiàn)異常時， UPS作為就地控制系統(tǒng)的后備電源以確保其在停電時能夠及時向中控室發(fā)出告警信息。UPS功率和容量的合理設(shè)計是保障上述功能得以實現(xiàn)的關(guān)鍵。

本文就地控制系統(tǒng)主控制器額定功率40 W，顯示器額定功率35 W，考慮光端機、數(shù)據(jù)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡等部件，控制系統(tǒng)功耗，就地控制系統(tǒng)總功率不大于100 W。如設(shè)置顯示器平常關(guān)閉，則控制系統(tǒng)總功率不大于65 W。考慮到負荷切換時可能的沖擊電流，實際UPS選型時額定功率不低于500 W。經(jīng)過篩選，UPS采用APC公司的APC SUA 750 ICH，其供電時間與負荷大小的關(guān)系曲線如圖9所示。

圖9 UPS負荷-時間曲線Fig.9 Load-operation duration curve of UPS

從圖9可知，UPS在負載100 W情況下可以持續(xù)工作約50 min，在負載65 W情況下可以持續(xù)工作約80 min。即就地控制系統(tǒng)斷電后，在就地控制系統(tǒng)向風(fēng)電場中控室集控后臺發(fā)出斷電告警信息后，至就地控制系統(tǒng)掉電停機前，有50 min以上的時間供現(xiàn)場值班人員檢查和處理電源故障。

6 結(jié) 論

(1)風(fēng)儲系統(tǒng)的控制系統(tǒng)主控制器采用無風(fēng)扇工業(yè)控制計算機兼顧了控制系統(tǒng)通用性、靈活性和可靠性的要求。

(2)信號測量通過傳感器隔離、信號隔離調(diào)理和數(shù)據(jù)采集卡隔離實現(xiàn)信號的三級隔離以確保設(shè)備和人員的安全性。

(3)電壓電流信號傳感器、信號調(diào)理的設(shè)計選型基于允許電壓波動范圍和歷史電流記錄數(shù)據(jù)，保證了信號的有效和準確測量。采樣頻率的選擇也考慮到了大功率風(fēng)電系統(tǒng)開關(guān)紋波的影響。實際信號測試驗證了信號調(diào)理電路的良好的頻率特性。

[1]秦海巖. 棄風(fēng)限電:風(fēng)電產(chǎn)業(yè)不可承受之重——風(fēng)電行業(yè)首例集體維權(quán)背后[J]. 中華環(huán)境,2016(5):48-51.

[2]張新松,顧菊平,袁越,等. 基于電池儲能系統(tǒng)的風(fēng)功率波動平抑策略[J]. 中國電機工程學(xué)報, 2014, 34(28): 4752-4760. ZHANG Xinsong, GU Juping, YUAN Yue,et al. Strategy of smoothing wind power fluctuation based on battery energy storage system[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(28): 4752-4760.

[3]胡春雨,陳強,李武峰,等. 大容量電池儲能技術(shù)在風(fēng)電中的應(yīng)用[C]//第十三屆中國科協(xié)年會第15分會場-大規(guī)模儲能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研討會論文集.中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會,2011. HU Chunyu, CHEN Qiang, LI Wufeng, et al.Application of large capacity battery energy storage technology in wind power[C]// The thirteenth session of the annual meeting of the association of the China Seminar on the development and application of fifteenth venue - large-scale storage set. China Association of science and technology,2011.

[4] 汪海蛟,江全元.應(yīng)用于平抑風(fēng)電功率波動的儲能系統(tǒng)控制與配置綜述[J].電力系統(tǒng)自動化,2014,38(19):126-135. WANG Haijiao, JIANG Quanyuan. An overview of control and configuration of energy storage system used for wind power fluctuation mitigation[J]. Automation of Electric Power Systems,2014,38(19):126-135.

[5]李爽. 提高風(fēng)電功率可調(diào)度性的儲能配置研究[D].北京：北京交通大學(xué),2016. LI Shuang.Research on energy storage allocation for improving the power of wind power[D].Beijing: Beijing Jiaotong University, 2016.

[6] 靳文濤,李建林.電池儲能系統(tǒng)用于風(fēng)電功率部分“削峰填谷”控制及容量配置[J].中國電力,2013,46(8):16-21. JIN Wentao , LI Jianlin. BESS for wind power “peak shaving” control and capacity configuration[J].Electric Power,2013,46(8):16-21.

[7]苗福豐,唐西勝,齊智平.風(fēng)儲聯(lián)合調(diào)頻下的電力系統(tǒng)頻率特性分析[J].高電壓技術(shù),2015,41(7)：2209-2216. MIAO Fufeng, TANG Xisheng, QI Zhiping. Analysis of frequency characteristics of power system based on wind farm-energy storage combined frequency regulation[J].High Voltage Engineering,2015,41(7)：2209-2216.

[8] 胡澤春, 夏睿, 吳林林, 等. 考慮儲能參與調(diào)頻的風(fēng)儲聯(lián)合運行優(yōu)化策略[J/OL]. 電網(wǎng)技術(shù), http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2410.TM.20160315.1408.014.html HU Zechun, XIA Rui, WU Linlin, et al. The optimization strategy of the combined operation of the wind energy storage with the consideration of the energy storage[J].Power System Technology, http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2410.TM.20160315.1408.014.html.

[9]梁嘉,張敏吉,孫洋洲,等.分布式風(fēng)儲系統(tǒng)設(shè)計[J].電網(wǎng)與清潔能源,2014，30(7):73-76. LIANG Jia, ZHANG Minji, SUN Yangzhou, et al. Design of distributed wind storage system[J].Power System and Clean Energy,2014，30(7):73-76.

[10]匡洪海. 分布式風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定及電能質(zhì)量改善研究[D].長沙：湖南大學(xué),2013. KUANG Honghai. Research on transient stability and power quality improvement of distributed wind power grid connected system[D].Changsha: Hunan University,2013.

[11]劉艷妮. 風(fēng)電場并網(wǎng)運行電壓穩(wěn)定性研究[D].北京：北京交通大學(xué),2008. LIU Yanni. Study on voltage stability of grid connected wind farm[D]. Beijing：Beijing Jiaotong University,2008.

[12]陳冬紅. 電力系統(tǒng)諧波測量和分析方法研究[D].南京：河海大學(xué),2005. CHEN Donghong. Research on power system harmonic measurement and analysis[D].Nanjing：Hehai University,2005.

[13]李清. 電網(wǎng)電壓不平衡且諧波條件下雙饋風(fēng)電系統(tǒng)運行與控制研究[D].重慶：重慶大學(xué),2014. LI Qing. Research on operation and control of doubly fed wind power system under unbalanced grid voltage and harmonic condition[D]. Chongqing ：Chongqing University,2014.

[14]鄒園. 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)諧波檢測及抑制方法的研究[D].保定：華北電力大學(xué),2012. ZOU Yuan. Research on harmonic detection and suppression methods of wind power generation system[D]. Baoding：North China Electric Power University,2014.

[15]葉宣甫. 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)變流器的研究與設(shè)計[D].長沙：中南大學(xué),2012. YE Xuanfu. Research and design of grid connected inverter for wind power generation[D]. Changsha: Zhongnan University, 2012

(編輯 蔣毅恒)

Control System Hardware Design of Distributed Wind Turbine-Energy Storage System

ZHANG Minji1, LIANG Jia1,SUN Yangzhou1, LI Qiang1,LING Zhibin2

(1. CNOOC Research Institute, Beijing 100015, China; 2.College of Electronic Information and Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)

Distributed wind power-battery energy system (DWPBES) is a new cooperation form of energy storage and wind power, whose control system operating environment is poor, but requires high reliability. In order to ensure the stable operation of DWPBES, this paper designs the hardware of the control system of the DWPBES in a wind farm in Inner Mongolia, based on the principle of safety, performance, hardware maturity and data storage reliability. The fan-less industrial personal computer (IPC) is adopted as main controller. The data acquisition card is used to collect field signal. And this paper designs the voltage and current signal conditioning circuit to realize the isolated input of the field signal. We realize the three-stagessignal isolation for the main controller and field signal, which can ensure the safety of equipment and personnel. We adopt the uninterrupted power supply(UPS)to ensure the power down safety of control system.The designs above have been implemented and successfully operatedin a wind farm, which can be a reference for the popularization and application of the wind power-battery energy storage system.

distributed wind power-battery energy storage system;coordination of wind power and battery energy storage; battery energy storage;signal condition of control system;data acquisition

TM 614

A

1000-7229(2016)08-0149-06

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.08.023

2016-04-11

張敏吉(1979)，男，碩士，工程師，主要研究方向為光伏、儲能技術(shù)等；

梁嘉(1984)，男，碩士，工程師，主要研究方向為光伏、儲能集成應(yīng)用技術(shù)等；

孫洋洲(1969)，男，教授級高工，主要研究方向為電化學(xué)、儲能電池技術(shù)等；

李強(1977)，男，博士后，主要研究方向是清潔能源、CO2減排技術(shù)等；

凌志斌(1976)，男，副教授，主要研究方向為新能源發(fā)電、電池儲能技術(shù)等。