应用于改善风电并网特性的集群控制系统研制

摘要

随着化石能源资源供应的日益紧张，大规模开发利用新能源和可再生能源，对保障能源稳定供应、调整能源结构、保护生态环境、减少温室气体排放、带动经济转型和产业升级具有重要意义。储能系统因其具有灵活的控制功率输出的能力，因此可以解决可再生能源发电的间歇性和随机波动性问题，缓解高峰负荷供电的需求，提高现有电网设备的利用率和电网运行效率，还可以用来应对电网的突发性故障，提高电能质量，满足经济社会发展对优质、安全、可靠供电的要求。因此，研究应用于改善风电并网特性的储能集群控制系统对风力发电的并网具有十分重要的意义。
　　本文针对改善风电并网的问题，主要进行了如下研究工作:
　　(1)本文针对目前风电并网存在的问题，提出了改善风电功率波动性的措施和抑制次同步谐振的措施，以使风电能够更好的并入电力系统，缓解能源危机。储能技术因其具备快速的功率控制的优点，被广泛应用于各个领域，主要包括应用于解决可再生能源和分布式发电、智能电网、微电网、电动汽车以及国防等领域。因此本文应用储能平抑风电功率波动，采用变时间常数一阶滤波平抑波动算法，考虑了两时间尺度风电平抑波动指标，算例仿真分析验证了该算法的合理性，达到了用较少的储能平抑风电功率波动的目的。同时本文研究了风电经串联补偿线路并网的次同步谐振问题，并提出了在双馈异步风机(doubly fed induction generators，DFIG)转子侧附加次同步谐振阻尼控制器来抑制次同步谐振，接着通过算例仿真验证了该控制器能够有效地抑制SSR振荡。
　　(2)针对本文对改善风电并网措施的理论研究，开发了储能集群控制系统。该系统主要由中央控制中心、监控保护一体化智能终端设备、后台监视软件构成。该系统的核心设备是监控保护一体化智能终端设备。该智能终端设备具有双核处理器（ARM+DSP），性能良好，并且具有良好的可扩展性。智能终端设备具有Linux操作系统，因此可以基于该智能终端设备灵活开发应用功能。
　　(3)主要进行了储能集群控制系统的实验室验证。首先搭建了实验室系统，包括锂电池储能系统、功率变换器(PCS)、风电模拟输入设备、储能集群控制系统构成，接着进行储能集群控制系统的平抑功率波动功能的验证。验证结果表明:1）由于PCS损耗、测量误差的影响，导致测试值与指令值有一定的误差，同时影响平抑效果;2）无论是1秒，3秒，还是10秒一次风功率值，指标都不能够完全满足每分钟2％，但是随着时间的推移该指标也能够完全满足;3）随着风功率时间间隔的增大，平抑效果有明显的改善，这是因为储能电池的响应时间会影响指令的执行，但是，随着采样时间间隔的增大，所需要的储能容量增加，会相应的增加投资成本。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 储能技术的发展现状

1．2．2 储能技术的应用领域

1．2．3 储能应用于改善风电波动性的研究

1．2．4 储能应用于改善风电并网稳定性研究

1．2．5 应用于改善风电并网特性的储能集群控制系统研究

1．3 本文的主要工作和章节安排

第2章 应用于改善风电并网特性的措施

2．1 引言

2．2 改善风电波动性的措施

2．2．1 变时间常数一阶滤波平抑波动算法

2．2．2 算例分析

2．3 改善风电并网次同步谐振措施

2．3．1 基于阻抗分析的奈奎斯特稳定判据

2．3．2 风电并网的系统阻抗模型

2．3．3 次同步谐振影响因素

2．3．4 电力系统次同步谐振附加阻尼控制器设计

2．3．5 仿真分析

2．4 本章小结

第3章 储能集群控制系统研发

3．1 引言

3．2 监控、保护一体化智能终端设备

3．2．1 智能终端设备原理框图

3．2．2 智能终端设备硬件资源

3．2．3 智能终端设备硬件性能

3．2．4 通信

3．2．5 智能终端设备可扩展性及工程化设计

3．3 后台监视软件

3．3．1 功能

3．3．2 特点

3．4 本章小结

第4章 储能集群控制系统实验验证

4．1 引言

4．2 实验室系统

4．2．1 储能系统模块

4．2．2 集群协调控制模块

4．2．3 风电输出设备

4．2．4 并网柜

4．3 实验过程

4．3．1 开启系统

4．3．2 平抑风电功率波动实验与结果

4．3．3 关闭系统

4．4 实验结果分析

4．4．1 指令跟踪效果

4．4．2 平抑效果分析

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 全文工作总结

5．2 后续工作展望

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果