风电混合储能系统容量配置及控制策略的研究

【摘要】：风力发电是新型可再生能源发电,风电输出功率具有随机性、间歇性和不可准确预测性。随着风电装机容量的增大,大规模风电并网对电网的安全稳定运行产生严重影响。储能技术是有效平滑风电波动功率的措施之一,混合储能能够克服单一储能的缺陷,本文将蓄电池和超级电容器组成混合储能系统,针对混合储能容量配置及协调控制策略进行深入研究。首先,通过对风电输出功率波动特性的分析,表明采用混合储能系统的必要性。对风速、风力机、双馈型风力发电机、蓄电池和超级电容器进行数学模型的建立,对其基本工作原理进行了分析,在MATLAB/SIMUlink上建立蓄电池和超级电容器仿真模型,分析其充放电特性。其次,简要分析了集中式储能和分散式储能拓扑结构的特点。对风电输出功率进行小波包分解,将低频分量作为风电并网期望值,次高频和最高频分量由混合储能系统补偿,进而得出混合储能容量配置。在MATLAB/SIMULNK上搭建风电混合储能系统仿真模型,根据并网点输出功率平滑程度以及混和储能装置荷电状态波动范围,得出采用该容量配置时混合储能系统能够有效平抑风电波动功率。分别搭建集中式储能和分散式储能仿真模型,根据并网点输出功率和突加负载时风机直流母线电压波动范围,得出集中式储能具有更好的功率平滑能力,分散式储能具有更好的直流母线电压稳定能力。最后,对混合储能系统逆变器采用功率二次修正控制方式,采用模糊控制器进行功率一次修正,采用蓄电池和超级电容器的一次功率补偿量进行二次互补修正。得出采用功率二次修正控制方式不仅能够平滑风电波动功率,而且能够改善混合储能装置荷电状态,提高其使用寿命,证明了该控制策略的优越性。 【关键词】：风电 混合储能 容量配置 小波包分解 控制策略 二次修正
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及意义9
• 1.2 平抑风电功率波动技术的研究现状9-14
• 1.2.1 大规模风电并网对电力系统的影响9-11
• 1.2.2 风功率波动特性分析技术研究现状11
• 1.2.3 平抑风功率波动的风机控制技术研究现状11-12
• 1.2.4 平抑风功率波动的储能技术研究现状12-14
• 1.3 风电场储能设备配置及控制技术研究现状14-16
• 1.3.1 国内外储能系统容量配置算法的研究现状14-15
• 1.3.2 国内外风电场储能系统控制技术研究现状15-16
• 1.4 本文的主要研究内容16-17
• 第2章 风电机组和混合储能系统输出特性分析17-33
• 2.1 风功率波动特性分析17-21
• 2.1.1 风速数学模型建立17-19
• 2.1.2 风力机数学模型建立19-20
• 2.1.3 风功率波动特性分析20-21
• 2.2 双馈型风力发电机输出特性分析21-27
• 2.2.1 双馈型风力发电机模型建立21-24
• 2.2.2 双馈型风力发电机输出特性分析24-27
• 2.3 混合储能系统输出特性分析27-32
• 2.3.1 蓄电池储能基本原理和充放电特性27-29
• 2.3.2 超级电容器基本原理和充放电特性29-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 风电场内混合储能设备容量配置方案研究33-48
• 3.1 风电场内混合储能设备配置方式研究33-35
• 3.1.1 混合储能装置平抑风功率波动的基本思想33
• 3.1.2 风电场并网点配置集中式混合储能设备方案33-34
• 3.1.3 风电机组配置分散式混合储能设备方案34-35
• 3.2 风电场内混合储能设备配置容量计算方法35-42
• 3.2.1 一种基于小波包分解的混合储能系统功率分配算法35-37
• 3.2.2 风电场配置混合储能设备容量选定方案37-38
• 3.2.3 风电场混合储能系统容量计算实例分析38-42
• 3.3 混合储能系统容量配置方案仿真验证42-47
• 3.3.1 风电混合储能系统仿真平台搭建42-43
• 3.3.2 风速变化情况下风电场输出功率平抑情况仿真分析43-46
• 3.3.3 风速恒定情况下突加负载风机时直流母线电压仿真分析46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 适用于风电机组的混合储能协调控制策略研究48-57
• 4.1 集中式混合储能的工作原理48-49
• 4.2 一种风功率快速平抑的集中式混合储能协调控制策略49-53
• 4.2.1 一种功率二次修正的混合储能系统协调控制策略49-50
• 4.2.2 混合储能系统模糊控制器设计50-53
• 4.3 混合储能协调控制策略仿真验证53-56
• 4.3.1 混合储能协调控制系统仿真模型搭建53-54
• 4.3.2 风速变化情况下风电场输出功率平抑情况仿真分析54-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 结论57-58
• 参考文献58-62
• 在学研究成果62-63
• 致谢63

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