基于電網調度的風電儲能控制策略

李星 吐爾遜·伊不拉音 晁勤

【摘 要】隨著風電場容量的不斷增加，風電對接入電網的影響不可忽視。在風力發電中引入儲能電站，利用儲能電站平滑風電波動，從而改善并網電能質量。本文以儲能電站的控制策略為研究對象，在兩相同步旋轉坐標系數學模型上，建立雙向變流器的模型，并對其進行前饋解耦，設計基于PI調節器的儲能系統動態特性實時功率跟蹤控制策略。最后通過數字仿真驗證了所研究的實時功率控制策略的正確性和可行性。

【關鍵詞】儲能電站；雙向變流器；前饋解耦；兩相旋轉坐標系

新疆高技術支撐計劃項目，編號：201132116

【中圖分類號】TV743【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0390-02

0 引言

風電作為一種潔凈能源，近些年在國家政策和相關組織的推動下得到迅速發展[1]。風電場一般處于偏遠地區，此處電網架構比較薄弱，承受沖擊能力較差，風電場的功率波動往往給系統帶來不利影響，從而限制風電并網功率[2]。

儲能電站具有快速的電能存儲、釋放能力，因此在風電系統中引入儲能系統[3]，可以減少風電場輸出波動的對電網的影響。

本文從儲能系統功率調節的雙向變流器的時域數學模型出發，在兩相同步旋轉坐標系數學模型上，建立雙向變流器的模型，并對其進行前饋解耦，設計基于PI調節器的儲能系統動態特性實時功率跟蹤控制策略。最后通過數字仿真驗證了所研究的實時功率控制策略的正確性和可行性。

1 儲能電站的工作原理及其建模（見圖1）

儲能電站一般是由四部分組成的：儲能裝置，雙向變流器，控制系統和變壓器。當儲能裝置的直流電壓穩定時，在正確的脈寬調制技術控制下，雙向相變流器看做一個輸出基波電壓幅值和相位可調的三相電壓源。

雙向變流器建模

圖2為電壓型雙向變流器的拓撲結構。圖中ea、eb、ec分別為三相電網電動勢，ia、ib、ic分別為雙向變流器交流的三相電流，idc為直流側母線電流，V dc為直流側母線電壓，Sk為三相橋臂的邏輯開關函數，其值為1是代表上橋臂導通、下橋臂關斷。（見圖2）

假設三相系統平衡并忽略開關器件的損耗，則根據基爾霍夫電壓定理可以得到電壓型雙向變流器的時域數學模型如式（1）所示[4]。

式中：ed、eq為三相電網電動勢矢量的d、q分量；vd、vq為雙向變流器輸出端基波電壓矢量的d、q分量；id、iq為三相電流矢量的d、q分量。

2 雙向變流器運行分析與控制

在三相平衡系統中，變流器的有功功率和無功功率在dq坐標下表示為：制信號。

3 控制器設計

3.1 前饋解耦

由式（3）可以看出，經過坐標變換參量雖都為直流量d、q軸電流仍然相互耦合，不僅受到控制電壓Vd、Vq的控制。因此，采用前饋解耦控制策略[5]，并且電流調節器采用PI調節，則V d、Vq的控制方程變為：

4 仿真及分析

應用PSCAD，搭建整個整個系統的仿真模型，進行仿真。圖5為系統具有快速的輸出相應，在指令發生改變后大約0.2s就能很好的跟隨，就有良好的動態穩定性。圖6為直流側電壓波形圖，直流側電壓在輸出發生改變時，就有一定幅度的波動（-80—20伏），經過一段時間的波動，基本能穩定在700v。圖7、圖8為系統電壓電流在9s時的局部放大圖，在整個運行過程電壓基本為正弦波沒發生畸變，電流波形在輸出發生改變時，經過幾個周期的調整就能達到系統輸出要求的電流值。

5 結論

在兩相同步旋轉坐標系數學模型上，建立雙向變流器的模型，通過對系統功率方向的分析，得出電壓調節器的輸出控制d軸給定電流，經前饋解耦環節，d軸電流調節器的輸出控制雙向變流器輸入端基波電流的d軸分量給定值，q軸電流給定為零。這樣不僅可以實現單位功率因數運行，而且可以維持直流母線電壓穩定。仿真實驗驗證了分析的正確性，以及控制策略的有效性。

參考文獻

[1] 戴慧珠，陳默子，王偉勝，等。中國風電發展現狀及有關技術服務[J].中國電力，2005，38（1）：80-84.

[2] VAS P.Sensor-less vector and direct torque control[M].England Oxford Press，1998

[3] 吳俊玲，吳畏，周雙喜.超導體改善并網風電場穩定性的研究[J].電工電能新技術，2004，24（3）：59-63.

[4] 馬奎安.超級電容器儲能系統中雙向DC/DC變換器設計[D].杭州：浙江大學電氣工程學院，2010.

[5] 鄧衛華，張波，丘東元，等.三相電壓型PWM整流器狀態反饋精確先行化解耦控制研究[J].中國電機工程學報，2004，32（6）：10-17

[6] Bin Zhang，Alex Q.Haung，Bin Chen.A govel IGBT gate driver to eliminate the dead-time effect[J].IEEE.2005，6：813-817

[7] 汪浩洋.基于DSPDE 5KVA變頻電源研制[D].碩士學位論文，太原理工大學，2008