基于混合储能的风电场实时功率调控系统研究

风电场并网运行是风能大规模开发利用的有效方式。风速无规则变化使得风电场实时输出功率随机波动,给电网稳定运行带来了一系列负面影响。调节风电场的波动功率,实现其实时出力平稳控制,是风电场并网稳定运行的技术关键之一。本文针对混合储能技术以及风电场实时功率调控系统进行深入研究。 首先基于湍流模型,分析了实时风速的波动特性,据此将风电场输出的随机波动功率分解为稳态波动功率和尖峰波动功率,并研究了分解后的波动特点。对蓄电池-超级电容器混合储能系统的研究表明,该系统具有高功率／能量密度、长循环寿命的特性,弥补了单一储能方式的不足,适用于实时调节风电场波动功率,可降低储能系统投资成本。依据风电波动功率的分解,提出了蓄电池-超级电容器混合储能系统容量配置方法。 其次,在上述研究基础上,提出了由蓄电池、超级电容器和两级充放电控制器组成的有源并联式混合储能系统(APHESS),对其结构特点和运行机理进行了理论分析和仿真验证。通过结构的合理设计,能够实现储能元件快速、精确的功率/能量吞吐控制,并可将储能系统充放电总功率在蓄电池和超级电容器之间灵活分配。APHESS为发挥蓄电池、超级电容器各自储能优势,全面、实时调节风电场波动功率奠定了结构基础。 研究了基于APHESS的风电场实时功率调控系统。依据蓄电池和超级电容器的储能特性,制定了调节波动风电功率的能量管理规则,并构建为控制信息库,据此为调控系统提出了基于控制信息库的双层控制模型。仿真研究表明：通过合理设计控制信息库,蓄电池、超级电容器可发挥各自储能优势,分别调节不同类型波动功率,有利于延长APHESS使用寿命；双层控制模型简化了调节无规则波动风电功率的控制逻辑,保障了调控系统对风电场输出波动功率的快速、精确调节,实现了风电场出力的实时平稳可控。 最后,研制开发了由风力发电机组和风电场实时功率调控系统组成的实验系统。实验结果表明,在双层控制模型下,功率调控系统可与风电系统进行快速、精确的功率交换,最终实现了风电功率平稳跟随发电指令,改善了风电系统输出电能质量。本文的研究成果可为风电场依据调度指令并网安全稳定运行提供技术保障。