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基于YXPOWER-WDES风储混合发电平台一次调频控制

基于YXPOWER-WDES风储混合发电平台一次调频控制

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【摘要】:
基于YXPOWER-WDES风储混合发电平台一次调频控制

项目背景

随着风力发电技术的快速发展,风电已大规模并网运行。大量风电电源接入电网,将增加电力系统频率调节的难度,由于风电场输出功率具有一定的波动性,当接入的风电场容量达到一定比例后,风电场的功率波动将会给电力系统的频率稳定带来不利影响。若风功率波动较大致使电网频率产生较大波动,虽然此时电力系统可以通过AGC调用机组备用实现频率调节,然而,这种调频方式将要求系统有更多的备用容量,即一部分用来常规调频,另一部分用来平衡风功率波动造成的频率变化,这显然是不利的。

 

此外,大规模变速风力发电接入将降低传统发电机组的运行比例,从而降低系统的总惯量和频率控制能力,这也意味着由于功率不平衡所造成的系统频率偏移将更大。所以,随着风电容量所占系统装机容量的比例日益增大,必须考虑风电在电网中的功率平衡问题,减小电力系统调频负担。 

 

储能作为一种可调度资源,是解决风电波动性和随机性对系统的影响的一种途径。依青海发改委发布的《2017年度风电开发建设方案的通知》要求,2017年规划的风电项目均需按照建设规模的10%配置储能装置。越来越多的高校和研究所基于风储混合平台展开一系列科研研究。

 

南京研旭作为开放式功率硬件平台的专业供应商,近期接到了多所高校和研究所的定制需求,均为风储混合系统的定制,基于南京研旭提供的开放式硬件平台,用户可以直接省去功率硬件和底层控制的繁琐,直接开展各类算法研究,比如双馈风机的变流控制,储能配置及出力控制,一次调频的控制策略,虚拟同步算法等。

 

方案配置

系统由模拟直驱/双馈对拖发电平台、风机调速模拟柜、直驱/双馈风机变流柜、双向储能DC-DC变流器、磷酸铁锂电池柜以及电池管理系统,超级电容组,上位机监控系统,快速原型控制器RCP(选配)等设备组成。

 

系统拓扑图如下:

 

 

双馈风机模拟平台:

 

双馈风力发电实验仿真平台主要由以下设备组成:

  • 矢量变频器和三相异步调速电机来模拟实际的风力机;
  • 三相异步调速电机通过联轴器带动双馈发电机发电;
  • 发电机转子连接交流励磁变频器,通过励磁变频器对转子的控制,实现定子的并网;
  • 双向变流器与励磁变频器通过直流母线连接,实现能量双向流动的目的,即可为转子提供励磁电流,也可以吸收转子产生的转差功率;

 

电网电压定向矢量控制图

 

  • 监控前台,主要由工控机、显示器、上位机应用软件组成,实现对变频器、励磁变频器、双向变流器等设备的数据监控以及记录保存;

 

 

  • 风速调速器设备,主要目的就是实现定桨距角变速恒频的最大发电功率追踪和风机解耦矢量控制。

 

 

储能装置:

在风电场中,储能系统通过双向DC/DC变换器与风电场连接,可以装设在3个地点,机组侧的直流母线上、风电机组的输出母线和风电场的并网出口母线。混合储能系统可以集中配置,也可以分布配置。

 

由于超级电容功率密度大,能量密度低,考虑将超级电容作为功率平滑和提供一次调频功率的首要响应设备。超级电容的充放电控制主要是调节电流isc,其控制系统包括功率外环和电流内环,吸收(释放)功率的期望值Psc_ref与电压实际值Usc相除后得到期望的电流值isc_ref,其与超级电容电流实际值isc 比较所得差值经过PI环节获得控制信号,驱动变换Chopper-SC开关动作。双向DC/DC变换器的控制框图如下:

 

 

蓄电池作为超级电容的备用储能,其根据超级电容的储能率k进行通断控制,k定义为当前存储能量Esc与最大存储能量Escmax的比值,即k= Esc Escmax ×100%。

 

 

储能系统配置:

 

 

1、双向储能DC-DC变流器

 

是将磷酸铁锂电池组和超级电容组的直流电进行升/降压,使其接入到直流母线上,可实现能量的双向流动,完成储能系统的充放电,同时可接受中央控制器的调度和监测。

 

2、磷酸铁锂电池组

 

由72组3.2v50AH锂电池模块组成,一共分为1组,由72个电池串联。共10KWh,直流电压220V。

 

3、超级电容组    

 

由4个110V7F超级电容组组成,分为2组,2串2并,直流电压220V。 

                         

4、电池管理系统(BMS)

 

主要就是为了能够提高电池的利用率,防止电池出现过度充电和过度放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态,同时将电池组的各种检测数据传输给控制器。