基于超级电容模组在风电场功率调节系统应用ppt课件.ppt

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1、基于超级电容储能的风电场功率调节系统仿真研究中国矿业大学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。由于在风能质量不稳定情况下发出的电能无法满足并网要求，目前我国有三分之一的风电机组处于空转状态。因此,研究并网风电场的输出功率调节已经成为风力发电技术中的重要问题。1风电场功率补偿系统研究背景风电场功率波动调节方法（1）直接调节风力涡轮机运行状态优点：控制转速来平滑输出功率缺点：功率调节响应速度慢（2）并联静止无功补偿装置优点：易于实现无功功率调节缺点：无法平抑有功

2、功率波动1风电场功率补偿系统研究背景（3）附加储能设备进行功率调节优点：调节无功功率实现稳定风电场母线电压；在较宽范围内调节有功功率，实现风电场并网功率稳定输送。缺点：储能设备存储容量要求高；充放电功率大，设备成本高。1风电场功率补偿系统研究背景超级电容特性（1）超级电容器(Supercapacitor,SC)是一种具有超级储电能力、可提供强大脉冲功率的电源，是介于蓄电池和传统静电电容器之间的一种新型储能装置。2基于超级电容模组的储能系统2基于超级电容模组的储能系统表1（2）超级电容器与传统静电电容器、铅酸蓄电池之间的性能对比如表1所示。2基于超级电容模组的

3、储能系统表1（2）超级电容器与传统静电电容器、铅酸蓄电池之间的性能对比如表1所示。优点：超级电容的内阻小循环寿命长充电速度快工作温度范围宽绿色环保缺点：低能量密度低电压高自放电2基于超级电容模组的储能系统（3）超级电容器存储能量3双向DC/DC变换器一、双向DC/DC变换器拓扑结构双向DC/DC变换器是通过对单向Boost直流变换器适当的改造来实现。将单向基本变换单元替换成双向基本变换单元，将单向开关电源中开关管S1上反并联二极管D1，将单向开关电源中开关管S2上反并联二极管D2，在输入和输出端分别并联电容即可。如图1所示。图13双向DC/DC变换器二、双向

4、DC/DC变换器工作原理3双向DC/DC变换器二、双向DC/DC变换器工作原理3双向DC/DC变换器二、双向DC/DC变换器工作原理3双向DC/DC变换器二、双向DC/DC变换器工作原理3双向DC/DC变换器二、双向DC/DC变换器工作原理BUCK模式下：BOOST模式下：图2为带有调节装置的并网风力发电系统结构示意图。超级电容器模组(SC)作为直流侧的储能元件,功率调节系统(PCS)采用四象限电压型变流器(VSC)，级联双向DC/DC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。4风电场功率补偿系统控制策略一、系统结构与运行原理

5、图2该装置有以下2种工作模式:(1)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。(2)充放电模式: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模组电压值为。4风电场功率补偿系统控制策略一、系统结构与运行原理4风电场功率补偿系统控制策略二、系统控制策略图34风电场功率补偿系统控制策略二、系统控制策略Pref>0时如图5中虚线所示,Kpsc为功率限幅系数,当Vsc

6、p后开始对Pref进行降幅处理,当Vsc>Vsc_max时,Kpsc=0,P*ref=0,保证超级电容器不会过充。Pref<0时如图5中实线所示,同理保证超级电容器不会过放。图54风电场功率补偿系统控制策略三、变流器控制策略图4四、三相VSC工作原理与数学模型4风电场功率补偿系统控制策略图5三相VSC拓扑结构1.三相VSC在三相静止坐标系下的数学模型4风电场功率补偿系统控制策略2.三相VSC在两相同步旋转坐标系下的数学模型4风电场功率补偿系统控制策略图6电网电压定向的坐标系变换矢量图3.基于SVPWM的跟踪电压矢量的电流控制原理4风电场功率补偿系统控制策略4

7、.三相VSC并网工作状态由功率理论可知网侧变流器在dq坐标系中送入电网的有功功率和无功功率如下：4风电场功率补偿系统控制策略5.三相VSC并网控制策略4风电场功率补偿系统控制策略图7三相VSC并网控制结构图5系统控制策略仿真一、仿真模型的建立图8双向DC/DC变流器控制模块5系统控制策略仿真一、仿真模型的建立图9两电平VSC控制模块5系统控制策略仿真一、仿真模型的建立图10SVPWM控制模块5系统控制策略仿真二、仿真结果图12三相VSC变流器送入电网有功、无功功率图11检测到的有功功率波动5系统控制策略仿真二、仿真结果图13超级电容模组电压图14直流侧电压5

8、系统控制策略仿真二、仿真结果图15三相VSC变流器送