一种平抑风力发电输出功率波动控制方法与流程

本发明涉及一种风力发电，尤其涉及一种平抑风力发电输出功率波动控制方法。

背景技术：

能源和环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题，对可再生能源的开发利用，特别是对风能的开发利用已受到世界各国的高度重视，双馈风力发电机控制技术也已经较为成熟。但风能与常规能源不同，具有随机性，因此，大规模的风电并网会对电网造成不利影响，并且会给电网调度工作带来困难。近年来，针对减小风能随机性带来的危害开展了不少研究，储能设备性能的不断完善也为平抑风力发电输出功率提供了更为强大的硬件支持。

针对风力发电输出功率平抑的研究已有一定成果，目前主要是采用蓄电池组和超级电容器２种储能设备来实现功率平抑。常用的方法例如采用蓄电池组进行风力发电系统功率平抑的可行性，同时分析了蓄电池接口电路的控制原理。还有的方法采用超级电容器进行风力发电系统功率平抑的控制策略，给出了采用DCDC斩波电路的电容器接口结构。

技术实现要素：

为了克服风力发电系统输出功率的随机性对大规模风电并网产生不利影响的难题，本发明提出一种平抑风力发电输出功率波动控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是。

采用蓄电池组和超级电容器的混合储能系统，利用其平抑风力发电输出功率的控制方法。所提出的控制方法将补偿功率分为高频和低频２个部分进行补偿，一定程度上克服了储能设备单独使用时的不足，并且在补偿过程中考虑了电网调度的需求。

平抑风力发电输出功率波动控制方法包括PWM变换器、DCDC变换器、电容器控制和蓄电池组控制四个部分。

所述PWM变换器将超级电容器和蓄电池组并入电网。

所述DCDC变换器为Buck/Boost斩波电路，超级电容器通过它直接与双馈感应发电机（DFIG）直流环节电容器相连。

所述电容器控制补偿频率较高且不规则的风速波动引起的输出功率波动。

所述蓄电池组控制采用 解耦控制，主要补偿低频时的输出功率波动，并用来补偿电网调度值与风功率预测值之间存在的差值。

本发明的有益效果是：本发明提出的控制方法，使用蓄电池组补偿输出功率的低频波动，超级电容器则用于补偿输出功率的高频波动，过程中考虑了电网调度的需求。且控制方法有利于规避超级电容器补偿功率限制的制约和防止蓄电池组进行频繁充放电。经过补偿后的功率波动幅度与补偿前相比有大幅减小，且补偿后功率输出能够稳定在调度期望值附近，控制效果较好。

附图说明

图1 混合储能系统。

图2 混合储能系统控制。

具体实施方案

图1中，DFIG为双馈感应发电机，蓄电池组和超级电容分别通过网侧PWM变换器和DCDC变换器并入电网。双馈风力发电机在稳态（亚同步、同步、超同步）时转子侧向定子侧提供转差功率。图1中，参考功率为 ，同时引入了根据风速预测计算出的功率预测值 作为风电场发电能力参考。

为了减少蓄电池组充放电状态的切换次数，增加蓄电池组的使用寿命，使用蓄电池组进行低频补偿。由于电网调度值与风功率预测值之间存在一定差距，且在一定时间内两者均保持为常数，故采用蓄电池组来补偿这两者之间的差值，则蓄电池组吸收功率参考值为 。而由于风能的随机性，在蓄电池的补偿周期内会有频率较高且不规则的风速波动，由这些风速波动引起的输出功率波动就需要超级电容器来对其进行补偿。超级电容器吸收功率参考值为 。当一个蓄电池组补偿周期结束时，风功率预测值会进行更新，从而导致超级电容器参考功率的跃变。

图1中，有变换率限值环节，是因为超级电容器的补偿功率需要通过双馈风力发电机网侧变换器输入电网，而网侧变换器双闭环控制会产生一定滞后，因而会导致经补偿后的风力发电机输出功率产生一个尖峰。这对于电网的电能质量不利，故对 信号加入一个变化率限制环节。

图2中，通过计算虚拟风速、估算电磁功率， 进而计算双馈风力发电机向电网输出的功率 。通过风速预测和风力发电机功率计算，分别对超级电容器和蓄电池组进行参考功率计算。最后根据参考功率，分别对蓄电池组和超级电容进行控制。超级电容器和蓄电池组补偿功率参考值经控制模块计算后给出触发脉冲信号，分别作用于Buck-Boost电路和PWM变换器的相应可控晶闸管，实现对２种储能设备补偿功率的控制。