风储联合系统的仿真模型研究

摘要

风能是目前国内外应用较为广泛的一种绿色可再生能源，近几年我国风电产业的发展十分迅速。然后，越来越多的风力发电系统建并网，风力发电产生的电能受外界因素影响较大，具有一定的随机性和波动性，给并网后的电力系统稳定性带了巨大的影响。然后建立风力发电厂的储能系统是改善此种情况的最好的解决办法。因此，近年来风电场储能装置的装备、容量配置及风储联合运行控制成为了研究和应用示范的热点。

由于储能电池成本高、使用寿命相对较短，往往需要以很小的储能容量配置来担负风电场的有功出力平滑任务，这同时也给电池系统的控制带来了挑战。本文中以某中型实际风场为例，就风储联合运行中的控制策略进行了研究，着重探讨了以锂离子电池储能系统抑制双馈风机风场出力波动的控制策略，同时实现对电力系统暂态支撑作用的虚拟惯量补偿策略，以及与有功平滑同步的并网点无功补偿策略。

关键词：风力发电；双馈异步发电机；储能系统；并网

Abstract

Wind energy is a kind of green renewable energy widely used at home and abroad.Then, more and more wind power generation systems are built and connected to the grid. The electricity generated by wind power generation is greatly affected by external factors and has certain randomness and volatility, which has a great impact on the stability of the power system after being connected to the grid.The best way to improve the situation is to build energy storage systems for wind farms.Therefore, in recent years, the equipment, capacity configuration and joint operation control of wind farm energy storage devices have become the focus of research and application demonstration.

Due to the high cost and short service life of the energy storage battery, it is often necessary to configure a small energy storage capacity to take on the active power output smoothing task of the wind farm, which also brings challenges to the control of the battery system.This article in a medium-sized actual wind field, for example, is the wind storage in operation of the joint control strategy are studied, emphatically discusses the inhibition of doubly-fed fan in lithium ion battery energy storage system, the control strategies of wind power fluctuations at the same time of power system transient support virtual inertia compensation strategy, as well as active smooth synchronization and network reactive compensation strategy.

Keywords: Wind power; Doubly-fed asynchronous generator; Energy storage system; interconnection

摘要............................................................................................................................. I

Abstract.................................................................................................................... II

第一章绪论............................................................................................................... 1

1.1研究课题背景............................................................................................. 1

1.2课题研究现状............................................................................................. 1

1.2.1风力发电现状与趋势.............................................................. 1

1.2.2风电并网问题研究现状.......................................................... 3

1.2.3储能技术发展现状................................................................... 3

1.3本文的主要研究内容......................................................................... 3

第二章风储联合发电系统的构建...................................................................... 4

2.1风力发电特性分析.............................................................................. 4

2.2风力发电系统分类.................................................................................... 6

2.2.1恒速恒频风力发电系统................................................................ 6

2.2.2变速恒频风力发电系统................................................................ 7

2.3风电功率波动特性研究..................................................................... 8

2.3.1风电功率波动特性分析.......................................................... 8

2.3.2风电功率波动指标.................................................................. 9

2.4储能系统工作原理.............................................................................. 9

2.5风电场储能系统配置方式........................................................ 10

2.6小结........................................................................................................... 12

第三章储能改善风电场出力特性....................................................................... 12

3.1章节描述................................................................................................... 12

3.2风电并网相关指标.................................................................................. 12

3.3风电出力特性分析.................................................................................. 13

3.3.1风电功率波动特性分析.............................................................. 13

3.3.2风电机组及风场出力特性分析................................................. 14

3.4本章小结................................................................................................... 16

第四章风储联合系统并网仿真........................................................................... 16

4.1风储联合系统并网的模型..................................................................... 16

4.1.1 永磁同步电机风电场对储能系统的影响......................... 16

4.1.2 双馈感应异步发电机风电场对储能系统的影响............. 17

4.2永磁同步电机风储联合系统模型并网情况........................................ 17

4.2.1 风电场对系统电压及电流的影响...................................... 17

4.2.2 风电场对系统功率的影响.................................................. 20

4.3 双馈感应异步发电机风储联合系统模型并网情况..................... 22

4.3 不同风速组合下风电场对系统影响.............................................. 25

4.4小结........................................................................................................... 25

第五章总结............................................................................................................. 26

参考文献................................................................................................................. 27

第一章绪论

1.1研究课题背景

在过去的35年间，随着科学技术的不断进步，粮食、交通、通讯等问题得到了良好的解决，人们的生活质量得到了很大的改善，但如果继续以常规化石能源的大量消耗为代价来换取经济增长，人类的可持续发展将沦为无稽之谈，因此，若要拥有新鲜的空气、干净的水资源、绿色的生活环境，我们必须提高清洁能源的利用率，用清洁能源拯救我们的生活，从真正意义上改善人类的居住环境。

由于不可再生燃料化石燃料正在不断地好之殆尽，导致世界各国对不可再生能源过渡开采，使得全球气候变暖，污染状况持续严重，危害到人们的健康。现如今，保护环境成为当今社会的重点工作，如全球气温上升、大气污染等。然而，值得庆幸的是，随着科技不断地进步，风力发电技术不管是在功能上还是在技术上都得到了前所未有的的发展和提高，逐渐变成当今社会人们必不可缺的日常工具，从而改善了人们的生活方式。

现在我国的光风力电技术已经得到了前所未有的进步，风力发电并网的智能化越来越好，性能也趋向完美，以目前的技术来达到对风电并网的控制是完全可以实现的，随着国外风电并网性能上的提高，而且性价比很高，不需用花费很大的成本。随着控制技术的发展和风力发电技术的革新，风力发电并网越来越智能化，我们要逐步实现并网控制系统的智能化是当今社会的发展方向，引领风力发电新的航向。

1.2课题研究现状

1.2.1风力发电现状与趋势

风的能量来自地球上局部加热的太阳，这使得地球不同地区的温度和热不均匀，导致了气流。使用风力发电不会生产大气污染物质，搭建新的风力发电厂也不会给大气带来污染，保护人们的身心健康。在可再生能源中，风能无可厚非是最受欢迎的，具有优秀的基础、经济性价比高、具有源源不断的资源、绿色无污染等多方面优点促使风能成为未来最有可能大规模开发利用的能源之一。全世界各地都有风的存在，因此风能资源无处不在，同时符合风力发电的风速要求的地区也很多，且比较容易开发，需要做的就是建立风电场，安装风力发电机组，并网。因此从经济上来讲，风电的获取成本较低。建设新的风力发电场所消耗的时间不长，需要提供的材料相比其他发电设施而言相对较少，且几乎无污染。建造一个新的风力发电厂，需要从搭建、布局、发电等步骤，大约不到一年的时间就可以投入使用。图1.1近几年全球风力发电机的发展。