CN103986175A - 一种高寒地区并网风电场用超级电容器储能控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种高寒地区并网风电场用超级电容器储能控制方法，涉及超级电容器储能控制方法领域。解决了现有风电场储能控制方法抑制并网风电场输出功率的波动性差问题。该方法，将采集到的三相交流电流采用坐标变换映射到dq坐标系，得到dq坐标系下的电流分量Iq和Id；通过测量直流侧电压值与直流侧参考电压值比较得出的误差信号经PI调节器，得有功电流参考值Idref和无功电流参考值Iqref，将其与Id和Iq比较得到误差信号经PI控制器及解耦控制得到需要调控的电压分量Vd和Vq，再将上述两个电压分量变换到αβ坐标系下，αβ坐标系下电压分量Vα和Vβ，再通过SVPWM控制器计算，得到SVPWM信号。用于控制电容器储能系统。

Description

一种高寒地区并网风电场用超级电容器储能控制方法
技术领域
本发明涉及超级电容器储能控制方法领域。
背景技术
目前国内外提出和使用的配套安装在风电场进行风电场功率调节的储能系统主要包括超导储能、蓄电池储能、飞轮储能等，其中在实际应用中以蓄电池储能应用居多，然而蓄电池储能是一个复杂的电化学变化过程，这导致了它有很多应用缺点。例如，它的循环使用寿命相对短，对环境温度要求高，不能工作在高寒的地区。而且它的功率密度也较低，这就使得它无法完成快速的大功率充放电的要求。另外蓄电池的维护复杂，使用不当将导致严重的环境污染。
超级电容器EDLC(Electric Double Layer Capacitor)是一种新型的储能器件，其电容量比一般电容器电容大数万倍，单体电容量可达数千法拉，超级电容与一般的静电电容器相比，具有更大的放电功率，与蓄电池相比又具有较强的能量储存能力。超级电容器在其储能的容量具体配置方面还具有较大灵活性，而且它容易进行模块化配置。另外超级电容器在使用寿命方面可以长时间的循环使用，可以在高寒地区正常使用，在环境方面基本可达到无污染的效果。
因此本发明采用超级电容器作为风电场用储能器件，通过控制超级电容器的大功率快速充放电来实现抑制并网风电场输出功率的波动，同时也能抑制输出母线电压的波动。
发明内容
本发明是为了解决现有风电场储能控制方法抑制并网风电场输出功率的波动性差的问题，本发明提供了一种高寒地区并网风电场用超级电容器储能控制方法。
一种高寒地区并网风电场用超级电容器储能控制方法，该方法的具体过程为，
步骤1：将采集到的三相交流电流采用坐标变换映射到dq坐标系，得到dq坐标系下的电流分量Iq和Id，其中，Iq表示dq坐标系下q轴的电流分量，Id表示dq坐标系下d轴的电流分量；
步骤2：通过测量获得的直流侧电压值Udc与d轴参考电压分量Ud比较得出的误差信号经PI调节器，得有功电流参考值Idref和无功电流参考值Iqref；
步骤3：dq坐标系下q轴的电流分量Iq与有功电流参考值Idref进行做差，将做差获得的结果送入调节器(KP+KI/S)放大后与wLId比较，将比较结果与d轴参考电压分量Ud作差，得到dq坐标系下的d轴电压分量Vd；其中，w表示交流侧的角速度，L表示电感，KP为比例调节系数，KI为积分调节系数，S是变量参数；
步骤4：dq坐标系下d轴的电流分量与无功电流参考值Iqref进行做差，将做差获得的结果送入调节器(KP+KI/S)放大后与-wLIq比较，将比较结果与q轴参考电压分量Uq做差，得到dq坐标系下的q轴电压分量Vq；
步骤5：将dq坐标系下的d轴电压分量Vd和dq坐标系下的q轴电压分量Vq送入dq至αβ变换器，得到αβ坐标系下的电压分量Vα和Vβ，其中，Vα表示αβ坐标系下的α轴电压分量，Vβ表示αβ坐标系下的β轴电压分量；
步骤6：将αβ坐标系下的α轴电压分量Vα和αβ坐标系下的β轴电压分量Vβ送入SVPWM控制器计算后，得到SVPWM信号控制储能系统中变流器的IGBT开关，实现有功功率与无功功率的解耦控制。
所述的步骤2中无功电流参考值Iqref的获得过程为，将有功电流参考值Idref乘以获得无功电流参考值Iqref，其中，表示Ud与Id的相角差。
按照某实际一期含12台双馈风电机组(DFIG)的风电场为例,其单机容量为2.5MW，机端电压为0.69kV，安装在并网风电场公共连接点PCC处，在电力系统分析软件DigSILENT/PowerFactory中进行仿真分析。
图2为系统仿真结构简图。
风电场的平均风速曲线如图3所示，其中该风电的总装机容量为30MW，设定风电场的并网容量参考值为20WM。选择超级电容器单体容量为3000F，额定电压2.7V，串联等效电阻为0.045mΩ，150串30并组成超级电容器组。
在图3所示的风速作用下风电场输出母线上的有功功率和无功功率曲线波动情况如图4所示，在此风速作用下风场输出母线公共连接点PCC处电压出现波动情况如图5所示。从图4中可以看出，在一分钟内风电场输出的有功功率的最大变化量大于6MW，超出了国家电网公司对风电场最大功率变化率推荐值要求的标准。而且从图5中也可以明显看出由于无功功率的波动导致其输出母线电压的波动也很明显。
经过在并风电场输出母线上装入超级电容器储能系统进行快速功率调节后，储能系统输出有功和无功功率如图6和图7所示，风电场注入系统的有功功率和无功功率变化如图8所示，其在一分钟内有功功率的最大变化量被限制在了3MW以内，达到了国家电网公司规定的推荐值标准。同时也使得风电场输出的无功功率波动明显降低。从图9中可以看出通过超级电容器快速吞吐风电场输出功率波动的同时也抑制了输出母线电压的波动。
试验仿真结果也验证了采用本发明的控制超级电容器储能系统方法能在短时内快速的抑制并网风电场有功功率和无功功率的波动，同时也稳定了风电场输出母线电压。本发明带来的有益效果是，本发明采用有功功率和无功功率解耦控制策略，可分别抑制风电场输出有功功率和无功功率的波动，使风电场输出母线电压趋于平稳状态，可以满足30MW及以下风电场1分钟内最大功率变化量在6MW以下，到达国家电网公司对风电场输出功率的推荐标准指标要求。
附图说明
图1为本发明所述的一种高寒地区并网风电场用超级电容器储能控制方法的控制原理框图；
图2为系统仿真结构示意图；
图3为图2所述系统中风电场的平均风速曲线图；
图4为在图3所示的风速作用下风电场输出母线上的有功功率和无功功率曲线波示意图；
图5为在图3所示的风速作用下风场输出母线公共连接点PCC处电压波动示意图；
图6为在图2所述系统的公共连接点PCC处加入本发明所述的一种高寒地区并网风电场用超级电容器储能控制方法进行快速功率调节后，储能系统输出的有功功率波形示意图；
图7为在图2所述系统的公共连接点PCC处加入本发明所述的一种高寒地区并网风电场用超级电容器储能控制方法进行快速功率调节后，储能系统输出的无功功率示意图；
图8为在本发明控制方法下，风电场输出的有功功率和无功功率变化示意图；
图9为在本发明控制方法下，风电场输出母线电压的波动示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种高寒地区并网风电场用超级电容器储能控制方法，该方法的具体过程为，
步骤1：将采集到的三相交流电流采用坐标变换映射到dq坐标系，得到dq坐标系下的电流分量Iq和Id，其中，Iq表示dq坐标系下q轴的电流分量，Id表示dq坐标系下d轴的电流分量；
步骤2：通过测量获得的直流侧电压值Udc与d轴参考电压分量Ud比较得出的误差信号经PI调节器，得有功电流参考值Idref和无功电流参考值Iqref；
步骤3：dq坐标系下q轴的电流分量Iq与有功电流参考值Idref进行做差，将做差获得的结果送入调节器(KP+KI/S)放大后与wLId比较，将比较结果与d轴参考电压分量Ud作差，得到dq坐标系下的d轴电压分量Vd，其中，w表示交流侧的角速度，L表示电感，KP为比例调节系数，KI为积分调节系数，S是变量参数；
步骤4：dq坐标系下d轴的电流分量与无功电流参考值Iqref进行做差，将做差获得的结果送入调节器(KP+KI/S)放大后与-wLIq比较，将比较结果与q轴参考电压分量Uq做差，得到dq坐标系下的q轴电压分量Vq；
步骤5：将dq坐标系下的d轴电压分量Vd和dq坐标系下的q轴电压分量Vq送入dq至αβ变换器，得到αβ坐标系下的电压分量Vα和Vβ，其中，Vα表示αβ坐标系下的α轴电压分量，Vβ表示αβ坐标系下的β轴电压分量；
步骤6：将αβ坐标系下的α轴电压分量Vα和αβ坐标系下的β轴电压分量Vβ送入SVPWM控制器计算后，得到SVPWM信号控制储能系统中变流器的IGBT开关，实现有功功率与无功功率的解耦控制。
具体实施方式二：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种高寒地区并网风电场用超级电容器储能控制方法的区别在于，所述的步骤2中无功电流参考值Iqref的获得过程为，将有功电流参考值Idref乘以获得无功电流参考值Iqref，其中，表示Ud与Id的相角差。

Claims (2)

1.一种高寒地区并网风电场用超级电容器储能控制方法，其特征在于，该方法的具体过程为，
步骤1：将采集到的三相交流电流采用坐标变换映射到dq坐标系，得到dq坐标系下的电流分量Iq和Id，其中，Iq表示dq坐标系下q轴的电流分量，Id表示dq坐标系下d轴的电流分量；
步骤2：通过测量获得的直流侧电压值Udc与d轴参考电压分量Ud比较得出的误差信号经PI调节器，得有功电流参考值Idref和无功电流参考值Iqref；
步骤3：dq坐标系下q轴的电流分量Iq与有功电流参考值Idref进行做差，将做差获得的结果送入调节器(KP+KI/S)放大后与wLId比较，将比较结果与d轴参考电压分量Ud作差，得到dq坐标系下的d轴电压分量Vd，其中，w表示交流侧的角速度，L表示电感，KP为比例调节系数，KI为积分调节系数，S是变量参数；
步骤4：dq坐标系下d轴的电流分量与无功电流参考值Iqref进行做差，将做差获得的结果送入调节器(KP+KI/S)放大后与-wLIq比较，将比较结果与q轴参考电压分量Uq做差，得到dq坐标系下的q轴电压分量Vq；
步骤5：将dq坐标系下的d轴电压分量Vd和dq坐标系下的q轴电压分量Vq送入dq至αβ变换器，得到αβ坐标系下的电压分量Vα和Vβ，其中，Vα表示αβ坐标系下的α轴电压分量，Vβ表示αβ坐标系下的β轴电压分量；
步骤6：将αβ坐标系下的α轴电压分量Vα和αβ坐标系下的β轴电压分量Vβ送入SVPWM控制器计算后，得到SVPWM信号控制储能系统中变流器的IGBT开关，实现有功功率与无功功率的解耦控制。
2.根据权利要求1所述的一种高寒地区并网风电场用超级电容器储能控制方法，其特征在于，所述的步骤2中无功电流参考值Iqref的获得过程为，将有功电流参考值Idref乘以获得无功电流参考值Iqref，其中，表示Ud与Id的相角差。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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