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基于YXPOWER-WDES風儲混合發電平臺一次調頻控制

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基于YXPOWER-WDES風儲混合發電平臺一次調頻控制

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【摘要】:
基于YXPOWER-WDES風儲混合發電平臺一次調頻控制

直播新顶呱刮 www.lbzivi.com.cn 項目背景

隨著風力發電技術的快速發展,風電已大規模并網運行。大量風電電源接入電網,將增加電力系統頻率調節的難度,由于風電場輸出功率具有一定的波動性,當接入的風電場容量達到一定比例后,風電場的功率波動將會給電力系統的頻率穩定帶來不利影響。若風功率波動較大致使電網頻率產生較大波動,雖然此時電力系統可以通過AGC調用機組備用實現頻率調節,然而,這種調頻方式將要求系統有更多的備用容量,即一部分用來常規調頻,另一部分用來平衡風功率波動造成的頻率變化,這顯然是不利的。

 

此外,大規模變速風力發電接入將降低傳統發電機組的運行比例,從而降低系統的總慣量和頻率控制能力,這也意味著由于功率不平衡所造成的系統頻率偏移將更大。所以,隨著風電容量所占系統裝機容量的比例日益增大,必須考慮風電在電網中的功率平衡問題,減小電力系統調頻負擔。 

 

儲能作為一種可調度資源,是解決風電波動性和隨機性對系統的影響的一種途徑。依青海發改委發布的《2017年度風電開發建設方案的通知》要求,2017年規劃的風電項目均需按照建設規模的10%配置儲能裝置。越來越多的高校和研究所基于風儲混合平臺展開一系列科研研究。

 

南京研旭作為開放式功率硬件平臺的專業供應商,近期接到了多所高校和研究所的定制需求,均為風儲混合系統的定制,基于南京研旭提供的開放式硬件平臺,用戶可以直接省去功率硬件和底層控制的繁瑣,直接開展各類算法研究,比如雙饋風機的變流控制,儲能配置及出力控制,一次調頻的控制策略,虛擬同步算法等。

 

方案配置

系統由模擬直驅/雙饋對拖發電平臺、風機調速模擬柜、直驅/雙饋風機變流柜、雙向儲能DC-DC變流器、磷酸鐵鋰電池柜以及電池管理系統,超級電容組,上位機監控系統,快速原型控制器RCP(選配)等設備組成。

 

系統拓撲圖如下:

 

 

雙饋風機模擬平臺:

 

雙饋風力發電實驗仿真平臺主要由以下設備組成:

  • 矢量變頻器和三相異步調速電機來模擬實際的風力機;
  • 三相異步調速電機通過聯軸器帶動雙饋發電機發電;
  • 發電機轉子連接交流勵磁變頻器,通過勵磁變頻器對轉子的控制,實現定子的并網;
  • 雙向變流器與勵磁變頻器通過直流母線連接,實現能量雙向流動的目的,即可為轉子提供勵磁電流,也可以吸收轉子產生的轉差功率;

 

電網電壓定向矢量控制圖

 

  • 監控前臺,主要由工控機、顯示器、上位機應用軟件組成,實現對變頻器、勵磁變頻器、雙向變流器等設備的數據監控以及記錄保存;

 

 

  • 風速調速器設備,主要目的就是實現定槳距角變速恒頻的最大發電功率追蹤和風機解耦矢量控制。

 

 

儲能裝置:

在風電場中,儲能系統通過雙向DC/DC變換器與風電場連接,可以裝設在3個地點,機組側的直流母線上、風電機組的輸出母線和風電場的并網出口母線?;旌洗⒛芟低晨梢約信渲?,也可以分布配置。

 

由于超級電容功率密度大,能量密度低,考慮將超級電容作為功率平滑和提供一次調頻功率的首要響應設備。超級電容的充放電控制主要是調節電流isc,其控制系統包括功率外環和電流內環,吸收(釋放)功率的期望值Psc_ref與電壓實際值Usc相除后得到期望的電流值isc_ref,其與超級電容電流實際值isc 比較所得差值經過PI環節獲得控制信號,驅動變換Chopper-SC開關動作。雙向DC/DC變換器的控制框圖如下:

 

 

蓄電池作為超級電容的備用儲能,其根據超級電容的儲能率k進行通斷控制,k定義為當前存儲能量Esc與最大存儲能量Escmax的比值,即k= Esc Escmax ×100%。

 

 

儲能系統配置:

 

 

1、雙向儲能DC-DC變流器

 

是將磷酸鐵鋰電池組和超級電容組的直流電進行升/降壓,使其接入到直流母線上,可實現能量的雙向流動,完成儲能系統的充放電,同時可接受中央控制器的調度和監測。

 

2、磷酸鐵鋰電池組

 

由72組3.2v50AH鋰電池??樽槌?,一共分為1組,由72個電池串聯。共10KWh,直流電壓220V。

 

3、超級電容組    

 

由4個110V7F超級電容組組成,分為2組,2串2并,直流電壓220V。 

                         

4、電池管理系統(BMS)

 

主要就是為了能夠提高電池的利用率,防止電池出現過度充電和過度放電,延長電池的使用壽命,監控電池的狀態,同時將電池組的各種檢測數據傳輸給控制器。