CN106877361A - 一种基于超级电容的风电场功率调节*** - Google Patents
一种基于超级电容的风电场功率调节*** Download PDFInfo
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Abstract
一种基于超级电容的风电场功率调节***，包括***主电路、网络控制、超级电容能量管理和变流器控制四个部分。本发明利用超级电容器组作为储能元件,平抑风电场有功、无功功率波动, 维持风电场输出端电压,降低风电场对电网电能质量的影响。风电场功率调节装置具有良好的动态性能,不仅能很好地吸收风电场输出无功功率的波动成分,起到了抑制电网电压波动的作用, 也有效地平滑了输入电网的有功功率波动。
Description
技术领域
本发明涉及一种风电场功率调节***，尤其涉及一种基于超级电容的风电场功率调节***。
背景技术
随着风电装机容量的不断提高, 风电输出功率的波动性给电网带来的不利影响越来越得到重视。风力发电是当前发展最快的可再生能源发电技术。但是, 风能是一种随机变化的能源, 风速变化会导致风电机组输出功率的波动, 对电网的电能质量产生影响。因此, 研究并网风电场的输出功率调节成为风力发电技术中的重要问题。
目前风电有功功率波动多采用直接调节风力涡轮机运行状态的方法来平滑其输出功率, 但该方法的功率调节能力有限;无功功率波动通常采用并联静止无功补偿装置进行无功调节, 但无功补偿装置无法平抑有功功率波动。附加储能设备既可以调节无功功率、稳定风电场母线电压, 又能在较宽范围内调节有功功率, 是当前的一个研究热点。风力发电研究表明位于0.01 Hz ～ 1 Hz 的波动功率对电网电能质量的影响最大，平抑该频段风电波动采用较短时间的能量存储就可以达到目的，因此能够实现短时能量存储的较小容量的储能设备对风力发电具有更高的实用价值。
以往抑制风电功率波动多考虑采用蓄电池、飞轮或超导等储能技术，超级电容储能技术关注较少。超级电容器具有功率密度极高、循环寿命长、环境无污染和免维护等优点，随着制造技术的发展，超级电容器的能量密度有了很大提高，在一些短时电力储能场合已经进入了商业化应用阶段。利用超级电容器存储能量，平抑风电场输出功率重要频段的风电波动具有良好的应用前景。
发明内容
为了克服风电场有功、无功功率波动大，难以维持风电场输出端电压的难题，本发明提出一种基于超级电容的风电场功率调节***。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于超级电容储能的风电场功率调节***，利用超级电容器组作为储能元件，平抑风电场有功、无功功率波动，维持风电场输出端电压，降低风电场对电网电能质量的影响。
基于超级电容储能的风电场功率调节***包括***主电路、网络控制、超级电容能量管理和变流器控制四个部分。
所述***主电路由四象限电压型变流器、双向直流变换器、超级电容和升压变压器组成。
所述网络控制根据风电场有功功率和输出端母线电压波动情况给出装置的有功、无功功率指令。
所述超级电容能量管理通过超级电容器电压控制环和电压限制模块来实现。
所述变流器控制采用双环控制策略, 电压外环控制直流母线电压保持不变, 电流内环控制超级电容器充放电电流的动态变化, 避免超级电容器充放电电流超过限制。
本发明的有益效果是：利用超级电容器组作为储能元件,平抑风电场有功、无功功率波动, 维持风电场输出端电压, 降低风电场对电网电能质量的影响。风电场功率调节装置具有良好的动态性能, 不仅能很好地吸收风电场输出无功功率的波动成分, 起到了抑制电网电压波动的作用, 也有效地平滑了输入电网的有功功率波动。
附图说明
图1 ***结构。
图2 控制***结构。
图3 变流器控制策略。
具体实施方式
图1中，公共连接点(PCC)处接有本地负荷, 超级电容器组(SC)作为直流侧的储能元件, 功率调节***(PCS)采用四象限电压型变流器(VSC)级联双向直流变换器(Bi-DC/DC)结构, 最终通过升压变压器并联于风电场输出端母线。风电场功率调节模式：当检测到设定频段的有功功率波动时，装置快速吸收波动的有功、无功功率，平滑风电场功率输出，维持风电场输出端母线电压稳定。充放电模式：一方面在装置最初安装或检修后重启时将超级电容器组充电到预先设定的电压值，在装置故障或检修时将超级电容器组储存的电能释放；另一方面当没有检测到设定频段内的有功功率波动时，通过对超级电容器缓慢的充放电维持超级电容器电压。
网级控制为了滤除风力涡轮机输出功率中0.01Hz ～ 1Hz 频段的波动成分,
1Hz 以上成分主要被风力涡轮机的惯性所吸收。
超级电容器快速提供充放电功率平抑风电波动时, 其电压会随之迅速变化并可能导致过充放电的发生, 过充电会严重影响超级电容器使用寿命, 过放电则会导致超级电容器输出功率受限, 因此由电压限制模块保证超级电容电压在允许的范围之内。
图3中，有功、无功功率控制可以通过id 和i q 的解耦控制来实现。双向直流变换器采用双环控制策略，电压外环控制直流母线电压保持不变，电流内环控制超级电容器充放电电流的动态变化，避免超级电容器充放电电流超过限制。
风电功率调节***主要平抑0.01Hz ～ 1Hz的风电功率波动，因此根据风电功率最低频率波动配置储能单元的储能容量，考虑储能单元有相同的充放电空间。超级电容器单体电压一般较低(2 .5 V左右),因此储能单元由多个超级电容器单体串并联组成以达到***容量需求。储能单元设计要综合考虑能量和功率2 方面需求。
Claims (5)
1.一种基于超级电容的风电场功率调节***，其特征在于：包括***主电路、网络控制、超级电容能量管理和变流器控制四个部分。
2.如权利要求1所述的基于超级电容的风电场功率调节***，其特征在于所述***主电路由四象限电压型变流器、双向直流变换器、超级电容和升压变压器组成。
3.如权利要求1所述的基于超级电容的风电场功率调节***，其特征在于所述网络控制根据风电场有功功率和输出端母线电压波动情况给出装置的有功、无功功率指令。
4.如权利要求1所述的基于超级电容的风电场功率调节***，其特征在于所述超级电容能量管理通过超级电容器电压控制环和电压限制模块来实现。
5.如权利要求1所述的基于超级电容的风电场功率调节***，其特征在于所述变流器控制采用双环控制策略,避免超级电容器充放电电流超过限制。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111049201A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-21 | 河南理工大学 | 一种交直流电网混合式大功率接口变流器协调控制方法 |
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2015
- 2015-12-13 CN CN201510914962.2A patent/CN106877361A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111049201A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-21 | 河南理工大学 | 一种交直流电网混合式大功率接口变流器协调控制方法 |
| CN111049201B (zh) * | 2019-11-22 | 2021-07-16 | 河南理工大学 | 一种交直流电网混合式大功率接口变流器协调控制方法 |
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