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多类型储能系统平抑风电场功率波动的协调控制策略研究

吕超贤  
【摘要】:新型可再生能源的利用已经成为解决能源危机和全球变暖的有效手段,其中风电作为一种新型可再生友好型能源已经得到了广泛的应用。但是风力发电受天气环境影响严重,具有间歇性、随机性和不确定性等特点,这些特点集中地表现为风电功率的随机波动特性。随着风力发电应用规模的不断扩大,其给电网安全带来的挑战也越来越大。它不仅影响电能质量、严重时会威胁到整个电网运行的稳定与安全。如何有效平抑风电功率波动已是当下电力部门亟需解决的问题。在风电场配置一定容量的储能设备,在对其历史功率数据进行充分分析后结合储能设备可充可放的特点,充分发挥功率型储能设备和能量型储能设备的各自优点,用于平抑风电功率波动,是减少风电有功功率波动对电网冲击的有效途径之一。 本文首先根据傅里叶变换对风电功率的频谱特性进行分析,进而提出一种基于实时离散小波变换的分频方法,用于风电场波动功率在多类型储能系统间的分配。以风电场典型日的历史功率数据为研究对象,基于风电场波动功率频率高低的分配原则,用功率型储能设备去平抑短期风电功率波动,能量型储能设备抑制较长期功率波动,实现风电功率的实时分析与储能功率的合理分配;然后参考分配功率值与投入时间长短,经过分析统计,得到合理有效的容量和功率配置方案。 构建了合理的储能系统评价指标,在此基础上提出了一种基于双层模糊控制原理、应用于平抑风电功率波动的多类型储能系统的协调控制方法——即具有SOC调节和平滑输出效果改善功能的多类型储能双层模糊控制方法,能够实时调节储能设备的充放电功率,防止其荷电状态越限、增强储能系统运行可靠性,削弱因单层模糊控制对平滑效果的影响。仿真结果表明本文所采用的控制策略能较好抑制风电功率波动,同时验证了双层模糊控制方法较单层控制方法的优越性。 详细论述了双向DC/DC和DC/AC变流器的控制方法,建立其数学模型,并在Matlab/simulink中搭建了多类型储能系统仿真模型,通过仿真实验验证了该系统结构和其控制方法的合理性和有效性。然后将风电机组接入储能系统模型组成风-储微网仿真模型,结合建立在小波分析和双层模糊控制理论基础上的风电场波动功率分配方法和多类型储能系统协调控制方法进行仿真实验检验,取得了良好的效果。


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