双馈风力发电系统在电网三相短路故障下的响应与保护 被引量：64

1

作者 郭家虎 张鲁华 蔡旭 《电力系统保护与控制》 EI CSCD 北大核心 2010年第6期40-44,48,共6页

为了研究双馈感应风力发电机组的低电压穿越以及故障保护技术,根据双馈风力发电系统的数学模型采用数学解析的方法详细地分析了双馈感应发电机和变换器在三相电网短路故障时的动态响应特性;推导出了三相电网短路故障时双馈发电机的故障... 为了研究双馈感应风力发电机组的低电压穿越以及故障保护技术,根据双馈风力发电系统的数学模型采用数学解析的方法详细地分析了双馈感应发电机和变换器在三相电网短路故障时的动态响应特性;推导出了三相电网短路故障时双馈发电机的故障电流最大值及其发生时刻;并在此基础上,研究了双馈风力发电机的转子保护电路的具体设计方法及计算依据。 展开更多

关键词 风力发电 双馈发电机 三相短路 低压穿越 转子保护

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双馈风力发电机的精确线性化解耦控制 被引量：14

2

作者 郭家虎 张鲁华 蔡旭 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期57-62,共6页

针对基于近似线性化模型的双闭环矢量控制稳定性差、抗扰能力弱的缺点,应用多变量非线性控制理论,对并网型双馈风力发电机进行了精确线性化解耦控制研究。在建立双馈发电机空间状态方程的基础上,运用逆系统方法将双馈发电机精确线性化... 针对基于近似线性化模型的双闭环矢量控制稳定性差、抗扰能力弱的缺点,应用多变量非线性控制理论,对并网型双馈风力发电机进行了精确线性化解耦控制研究。在建立双馈发电机空间状态方程的基础上,运用逆系统方法将双馈发电机精确线性化成有功功率和无功功率两个一阶线性子系统,并运用内模控制理论对其进行综合以提高系统的鲁棒性,提出了并网型双馈风力发电机的逆系统内模控制策略,并进行了实验验证。结果表明,该控制策略可以实现双馈发电机有功功率和无功功率的完全解耦,并具有更高的控制精确度和稳定性。 展开更多

关键词 双馈发电机 解耦控制 逆系统理论 内模控制 精确线性化

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双馈型风力发电变换器主回路杂散电感的影响和抑制 被引量：12

3

作者 张亮 张东 蔡旭 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第36期18-22,共5页

双PWM变换器是MW级双馈型风力发电系统中的关键部件。在大功率风电变换器中,由于杂散电感的存在,器件在关断过程中往往会产生超出允许范围的瞬态尖峰值,从而导致其失效和损坏。因此,在研制兆瓦级双馈型风力发电变换器时要考虑如何对变... 双PWM变换器是MW级双馈型风力发电系统中的关键部件。在大功率风电变换器中,由于杂散电感的存在,器件在关断过程中往往会产生超出允许范围的瞬态尖峰值,从而导致其失效和损坏。因此,在研制兆瓦级双馈型风力发电变换器时要考虑如何对变换器回路的等效杂散电感进行抑制。针对上述问题,通过构建2MW双馈型风电变换器功率主回路杂散电感等效分布模型,分析了杂散电感在器件关断过程中的影响。在此基础上,提出一种低感平面母线技术来抑制主回路的总杂散电感,并采用基于虚功原理的电磁场知识来对其电感值进行理论分析和计算。从结构设计和工程应用角度出发,对该母线的使用进行分析。样机试验结果表明,所提方案较之传统设计在抑制主回路杂散电感上更具有效性。 展开更多

关键词 风力发电 双PWM变换器 杂散电感 平面母线

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变速恒频双馈风力发电机组的非线性因素分析 被引量：10

4

作者 张鲁华 蔡旭 郭家虎 《电网技术》 EI CSCD 北大核心 2009年第19期164-168,共5页

双馈风力发电机组主要由双馈感应异步发电机和背靠背的电压型变换器组成,其中双馈感应异步发电机是非线性、强耦合、多变量的系统,背靠背的电压型变换器因直流母线电容的耦合也存在非线性因素。结合双馈电机及变换器的数学模型,系统研... 双馈风力发电机组主要由双馈感应异步发电机和背靠背的电压型变换器组成,其中双馈感应异步发电机是非线性、强耦合、多变量的系统,背靠背的电压型变换器因直流母线电容的耦合也存在非线性因素。结合双馈电机及变换器的数学模型,系统研究了双馈风力发电机组中的非线性因素,分析了传统矢量控制的优点及不足,探讨了基于非线性解耦控制的双馈风力发电机组控制策略的可行性,指出了旋转坐标变换在弱化系统非线性时的作用。 展开更多

关键词 双馈风力发电机组 电压型变换器 非线性因素 坐标变换 非线性解耦控制

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大型海上全直流风场中基于MMC的风力发电变流器及其控制 被引量：28

5

作者 常怡然 蔡旭 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第14期3789-3797,共9页

随着海上风场规模的增大,全直流风场成为未来海上风电的发展趋势。模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)广泛应用在大功率、高电压的AC/DC电力变换领域,并且能够实现电能直接从低压交流到高压直流的转换,是一种适用于... 随着海上风场规模的增大,全直流风场成为未来海上风电的发展趋势。模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)广泛应用在大功率、高电压的AC/DC电力变换领域,并且能够实现电能直接从低压交流到高压直流的转换,是一种适用于海上全直流风场的风力发电变流器拓扑。该文针对基于MMC的风力发电变流器的运行特性进行了分析,发现在低调制比的工况下MMC的子模块电容电压纹波会使交流输出电压产生畸变,通过对其机理的分析,提出一种改进的电流控制方法,改善受到电压畸变影响的电流动态控制性能。为了验证理论分析与控制方法,在RT-LAB中对一将6 k V永磁同步发电机连接到50 k V直流网的10 MW风力发电系统进行了建模和仿真,并在30k W的MMC实验平台上进行了实验验证。 展开更多

关键词 海上直流风场 模块化多电平变换器 风力发电变流器 低调制比 电压畸变

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双馈风力发电系统在电网故障下的动态响应分析 被引量：10

6

作者 郭家虎 张鲁华 蔡旭 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期1023-1029,共7页

该文在建立电网故障时双馈发电机定子电压空间矢量模型的基础上,对双馈感应发电机以及变换器在电网不对称故障及对称故障时的动态响应特性进行了详细的定量和定性分析,揭示了双馈发电系统暂态故障响应的本质及各电磁量的变化规律。推导... 该文在建立电网故障时双馈发电机定子电压空间矢量模型的基础上,对双馈感应发电机以及变换器在电网不对称故障及对称故障时的动态响应特性进行了详细的定量和定性分析,揭示了双馈发电系统暂态故障响应的本质及各电磁量的变化规律。推导出了双馈发电机电网故障电流的最大值及其发生时刻。并在此基础上,提出了实现风电机组故障穿越技术的基本准则。 展开更多

关键词 双馈风力发电系统 对称分量法 动态响应 故障穿越

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用于风力发电仿真的多时间尺度风速建模方法 被引量：7

7

作者 佘慎思 李征 蔡旭 《电网技术》 EI CSCD 北大核心 2013年第9期2559-2565,共7页

建立多时间尺度的风速模型,其目标是模拟风电机组的出力特性,建立有效的风电场稳态和暂态模型,利用仿真分析风电场接入后电力系统的运行状态,对研究含风电的电力系统动态过程和中长期经济调度问题具有非常重要的意义。采用分段线性化方... 建立多时间尺度的风速模型,其目标是模拟风电机组的出力特性,建立有效的风电场稳态和暂态模型,利用仿真分析风电场接入后电力系统的运行状态,对研究含风电的电力系统动态过程和中长期经济调度问题具有非常重要的意义。采用分段线性化方法和基于夹角距离的相似度匹配进行风速的同类趋势聚合,利用聚合数据构建径向基函数神经网络拟合风速趋势,并在此基础上结合风速集合量化概率分布和趋势变化2个约束,对概率分布函数生成的随机风速序列按照趋势的最小偏度进行重构,建立符合真实变化规律的风速模型。算例基于一组实测数据建立了同趋势的随机风速模型,从变化曲线和功率谱密度曲线对真实风速序列和模拟的随机风速序列进行了分析对比。实验结果证明,与传统的建模方法相比,建立的模型既能够反映风速的长期趋势特征,又保留了风速变化的动态特性,显著提升了风速模型的多样性与真实性。 展开更多

关键词 风速建模 时间尺度 径向基函数神经网络 概率分布 功率谱密度

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高压变流器在高压风力发电中的应用

8

作者 张亮 《电气制造》 2010年第7期44-46,共3页

将高压变流器应用于风力发电技术中,使得风力发电可由传统的690V低压型功率变换直接转变为3～10kV的高压型发电系统。

关键词 风力发电技术 高压型 变流器 应用 发电系统 功率变换

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虚拟同步发电机输出阻抗建模与弱电网适应性研究 被引量：37

9

作者 韩刚 蔡旭 《电力自动化设备》 EI CSCD 北大核心 2017年第12期116-122,共7页

研究了弱电网条件下虚拟同步发电机-电网互联系统的交互稳定性。在考虑主电路参数、控制参数等因素影响的基础上,提出一种dq旋转坐标系下虚拟同步发电机的输出阻抗模型,并推导其解析表达式。分析了该输出阻抗的频率特性,得出虚拟同步机... 研究了弱电网条件下虚拟同步发电机-电网互联系统的交互稳定性。在考虑主电路参数、控制参数等因素影响的基础上,提出一种dq旋转坐标系下虚拟同步发电机的输出阻抗模型,并推导其解析表达式。分析了该输出阻抗的频率特性,得出虚拟同步机在弱电网下运行易失稳的结论。基于广义奈奎斯特判据研究电网强度及功率环控制参数对虚拟同步机运行稳定性的影响,以此为依据提出一种基于增大有功环参数的虚拟同步机致稳控制方法,从而提高其弱电网运行的适应性。基于RTDS的硬件在环仿真平台进行仿真计算,验证了理论分析的正确性。 展开更多

关键词 虚拟同步发电机 弱电网 阻抗建模 交互稳定性

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基于叶素理论的风力机模拟系统研究 被引量：2

10

作者 窦真兰 王晗 +1 位作者 凌志斌 蔡旭 《电工电能新技术》 CSCD 北大核心 2011年第3期1-5,共5页

在不具备风场环境或风力机的实验室的情况下,建立风力机输出特性模拟实验平台,对风力发电系统的研究具有重要作用。本文考虑涡流的影响,对叶素进行权系数分配,采用叶素理论建立风轮转矩模型,并根据风力机和直流电动机具有较大相似特性,... 在不具备风场环境或风力机的实验室的情况下,建立风力机输出特性模拟实验平台,对风力发电系统的研究具有重要作用。本文考虑涡流的影响,对叶素进行权系数分配,采用叶素理论建立风轮转矩模型,并根据风力机和直流电动机具有较大相似特性,利用控制直流电动机的输出转矩来模拟风力机的特性,搭建了交流励磁变速恒频风力发电系统实验平台。实验不仅验证了风轮转矩模型的正确性和实时性,体现了虚拟风力机在风速变化时模拟输出风轮转矩的快速跟随性能,而且证明了变速恒频风力发电系统控制策略的正确性,为风力发电系统的研究提供了完整有效的实现方案。 展开更多

关键词 风力机 风轮转矩 建模 叶素理论 权系数分配 直流电机 风力机模拟系统

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基于功率解耦的额定风速附近发电优化控制研究 被引量：5

11

作者 娄尧林 蔡旭 +1 位作者 叶杭冶 何立君 《电网技术》 EI CSCD 北大核心 2019年第3期879-886,共8页

为了便于控制器实现,变速变桨风电机组通常把转矩控制与变桨控制分开设计,在额定风速以下时,通过转矩控制实现最大风能捕获;在额定风速以上时,通过变桨控制限制机组功率。因此在额定风速附近,转矩控制与变桨控制之间存在耦合问题,需进... 为了便于控制器实现,变速变桨风电机组通常把转矩控制与变桨控制分开设计,在额定风速以下时,通过转矩控制实现最大风能捕获;在额定风速以上时,通过变桨控制限制机组功率。因此在额定风速附近,转矩控制与变桨控制之间存在耦合问题,需进行解耦,这是变速变桨控制算法设计难点。在分析了当前的解耦控制策略在额定风速附近风能损失问题之后,基于追求发电优化的目标,提出了一种功率解耦的控制方法,该方法较好地解决了额定风速附近功率损失与控制器误动作问题,而且在阵风工况下,可适当提前变桨动作,防止机组功率与转速超调。仿真与现场测试证明,该控制策略具有逻辑实现简单的优点,易于风电行业推广,有较高的实际工程意义。 展开更多

关键词 发电优化控制 转矩控制 变桨控制 功率解耦控制

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海上全直流型风电场的研究现状与未来发展 被引量：72

12

作者 蔡旭 施刚 +3 位作者 迟永宁 常怡然 杨仁忻 张占奎 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第8期2036-2048,共13页

随着海上风电场的快速建设,经济有效的大规模海上风能汇聚和传输方式已被日益关注。为了使未来的海上风电场更好地采用高压直流输电并网,先进的直流变换和直流风机的概念被引入,以形成全直流型风电场。针对海上全直流型风电场4大关键科... 随着海上风电场的快速建设,经济有效的大规模海上风能汇聚和传输方式已被日益关注。为了使未来的海上风电场更好地采用高压直流输电并网,先进的直流变换和直流风机的概念被引入,以形成全直流型风电场。针对海上全直流型风电场4大关键科技问题的国内外研究现状进行梳理,包括:组网方式(有无升压站)与评价方法;关键设备(直流风电机组、海上升压站中直流变压器、岸上换流站和直流断路器)技术;运行与控制;故障与保护。结合以上关键技术的发展趋势,对未来海上全直流型风电场进行展望,并给出一种基于模块化多电平技术的推荐配置。 展开更多

关键词 海上 直流型风电场 组网方式 关键设备 运行控制 故障保护 模块化多电平变换器

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采用定子串联阻抗的双馈风电机组低电压主动穿越技术研究 被引量：26

13

作者 张琛 李征 +2 位作者 蔡旭 汪宁渤 丁坤 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第12期2943-2951,共9页

针对双馈风电机组低电压穿越问题,国内外研究成果主要分为两类:电网电压小值跌落时,通过优化控制策略提高机组低电压运行能力,保证机组不间断运行;电网电压大值跌落时,通过转子并联撬棒(Crowbar)旁路转子变流器,保证机组不脱网,同时,网... 针对双馈风电机组低电压穿越问题,国内外研究成果主要分为两类:电网电压小值跌落时,通过优化控制策略提高机组低电压运行能力,保证机组不间断运行;电网电压大值跌落时,通过转子并联撬棒(Crowbar)旁路转子变流器,保证机组不脱网,同时,网侧变流器可注入一定无功电流。对于电网电压大值跌落问题,目前采取的穿越技术较为被动,Crowbar投入后,双馈发电机以感应电机/发电机方式运行,需要吸收一定无功,不利于电网电压恢复。针对此问题,提出一种基于定子串联阻抗的低电压主动穿越方案,不仅能保证故障期间双馈风电机组的不间断运行,而且能够通过转子变流器向电网注入接近额定的无功电流,支撑电网电压;通过优化定子串联阻抗值和控制器参数,机组故障运行能力得到大幅提升。 展开更多

关键词 双馈风电机组 低电压穿越 定子串联阻抗 内模控制器 有源制动

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基于直驱式永磁同步发电机组的风电场动态建模 被引量：44

14

作者 夏玥 李征 +1 位作者 蔡旭 马彦宏 《电网技术》 EI CSCD 北大核心 2014年第6期1439-1445,共7页

根据某大型风电基地200 MW标准直驱机组风场的电气参数和出力数据,利用风机功率曲线求取等效风速,按照单机法思想建立了直驱式永磁机组风电场的单机聚合模型。运用DIgSILENT PowerFactory软件建模仿真,与详细风场模型、多机法聚合模型... 根据某大型风电基地200 MW标准直驱机组风场的电气参数和出力数据,利用风机功率曲线求取等效风速,按照单机法思想建立了直驱式永磁机组风电场的单机聚合模型。运用DIgSILENT PowerFactory软件建模仿真,与详细风场模型、多机法聚合模型进行了对比,探讨了模型的可行性。此外,分析了风场集电线路对聚合模型精度的影响,并提出了单机聚合法的适用性和建模过程中集电线路的取舍原则。 展开更多

关键词 永磁同步风电机组 风场 单机聚合模型 多机聚合模型 DIgSLENT PowerFactory

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功率–电压控制型并网逆变器及其弱电网适应性研究 被引量：25

15

作者 桑顺 高宁 +1 位作者 蔡旭 李睿 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第8期2339-2350,共12页

采用传统功率–电流双环控制策略的并网逆变器,在弱电网环境中运行存在谐波振荡等交互稳定问题。为解决该问题,提出一种基于LCL滤波电容电压反馈的逆变器功率–电压双环控制策略。在计及主电路、锁相环、调节器参数等因素影响的基础上,... 采用传统功率–电流双环控制策略的并网逆变器,在弱电网环境中运行存在谐波振荡等交互稳定问题。为解决该问题,提出一种基于LCL滤波电容电压反馈的逆变器功率–电压双环控制策略。在计及主电路、锁相环、调节器参数等因素影响的基础上,推导并建立了旋转dq坐标系下逆变器的输出阻抗模型。基于广义奈奎斯特判据,对比研究了功率–电流、功率–电压两种控制策略的稳定裕度与电网强度的关系。阻抗分析结果表明,基于功率–电压控制的逆变器接入弱电网环境仍可稳定运行,且其稳定裕度不受锁相环带宽的影响,具备更佳的电网适应性。通过仿真和实验,验证了理论分析的正确性以及所提控制策略的可行性。 展开更多

关键词 三相并网逆变器 弱电网 阻抗建模 功率–电流控制 功率–电压控制

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三相三电平并网逆变器无死区SPWM控制研究 被引量：22

16

作者 王勇 高宁 +1 位作者 罗悦华 蔡旭 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第21期70-75,共6页

深入研究当前电压型逆变器的死区补偿或无死区正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)策略,并分析它们存在的问题。在此基础上,提出基于调制函数的并网逆变器无死区SPWM控制策略。为在三相三电平逆变器中应用这种策略,首先采... 深入研究当前电压型逆变器的死区补偿或无死区正弦脉宽调制(sine pulse width modulation,SPWM)策略,并分析它们存在的问题。在此基础上,提出基于调制函数的并网逆变器无死区SPWM控制策略。为在三相三电平逆变器中应用这种策略,首先采用分相控制达到三相并网电流、调制函数的解耦,然后利用解耦的并网电流调制函数进行无死区SPWM控制。实验证明,这种控制策略简单有效,保证了无死区调制策略的可靠性,并摆脱了传统方法对于硬件检测电路的依赖。 展开更多

关键词 无死区 逆变器 三相 分相控制

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基于风电场动态时空关系的风速分布模型研究 被引量：17

17

作者 佘慎思 李征 蔡旭 《电网技术》 EI CSCD 北大核心 2014年第6期1432-1438,共7页

通过测风塔风速和风向数据计算风电场各机组的动态空间位置,基于Matlab平台在综合风电机组尾流效应和时滞效应数学模型的基础上,建立了风速在各台风机上的分布模型。算例以实际风电场为研究对象,将测风塔的实测数据输入该模型计算场内... 通过测风塔风速和风向数据计算风电场各机组的动态空间位置,基于Matlab平台在综合风电机组尾流效应和时滞效应数学模型的基础上,建立了风速在各台风机上的分布模型。算例以实际风电场为研究对象,将测风塔的实测数据输入该模型计算场内各风机风速,分析了尾流和时滞因素对风速模型及风电场出力的影响,结果表明尾流降低出力、时滞平滑出力。最后将风速模型转换成全场输出功率模型,并与风电场实测出力数据进行比较,验证了所建风电场风速模型的有效性。 展开更多

关键词 风电场风速模型 动态时空关系 尾流效应 时滞效应

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基于自适应调节的微源逆变器虚拟同步发电机控制策略 被引量：23

18

作者 张亚楠 朱淼 +1 位作者 张建文 蔡旭 《电源学报》 CSCD 2016年第3期11-19,共9页

微电网通过各类功率变换器实现分布式电源分布式开发、就地吸纳和高效应用,但其孤岛运行时惯性很小,频率受负荷波动的影响很大。对于微源逆变器引入虚拟同步发电机控制策略,这对改善微网系统频率稳定性具有重要作用。基于此,提出一种自... 微电网通过各类功率变换器实现分布式电源分布式开发、就地吸纳和高效应用,但其孤岛运行时惯性很小,频率受负荷波动的影响很大。对于微源逆变器引入虚拟同步发电机控制策略,这对改善微网系统频率稳定性具有重要作用。基于此,提出一种自适应调节的虚拟同步发电机控制策略。首先根据微网实际运行状况实时修正虚拟惯性参数,实现了控制策略的自适应调节,从而保证微网系统的安全稳定运行;然后详细分析所引入转动惯量系数和阻尼系数对微源控制系统的各类影响。Matlab/Simulink仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。 展开更多

关键词 孤岛运行 逆变器 虚拟同步发电机控制 自适应调节 频率稳定性

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双馈感应发电机的输入输出线性化解耦控制 被引量：6

19

作者 张鲁华 郭家虎 +3 位作者 蔡旭 程孟增 曹云峰 吴竞之 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第S1期197-203,共7页

在双馈风力发电系统数学模型的基础上,提出基于输入输出线性化解耦控制的非线性控制策略。通过非线性坐标变换和非线性状态反馈,实现了双馈风力发电系统的输入输出线性化,达到了双馈感应发电机的有功功率、无功功率在稳态和动态情况下... 在双馈风力发电系统数学模型的基础上,提出基于输入输出线性化解耦控制的非线性控制策略。通过非线性坐标变换和非线性状态反馈,实现了双馈风力发电系统的输入输出线性化,达到了双馈感应发电机的有功功率、无功功率在稳态和动态情况下完全解耦的控制目标,提高了系统的动态性能,提升了响应速度,减小了功率纹波。所设计的非线性控制律仅与发电机电感的比值有关,提高了控制系统的参数鲁棒性。在7.5kW双馈风力发电测试平台上进行了验证,实验结果表明,双馈风力发电系统的输入输出线性化解耦控制策略优于传统的矢量控制策略。 展开更多

关键词 风能 双馈感应发电机 解耦控制 输入输出线性化控制

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风储联合发电系统电池荷电状态和功率偏差控制策略 被引量：8

20

作者 佘慎思 李征 蔡旭 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2014年第20期9-17,共9页

提出了一种新型的基于风电功率预测偏差和电池荷电状态(SOC)反馈的储能系统控制策略,通过预测结果计算风电功率的变化偏差,得出完全补偿波动所需的储能系统充放电功率,引入补偿系数联合求解获得储能系统的充放电控制指令。同时,建立了... 提出了一种新型的基于风电功率预测偏差和电池荷电状态(SOC)反馈的储能系统控制策略,通过预测结果计算风电功率的变化偏差,得出完全补偿波动所需的储能系统充放电功率,引入补偿系数联合求解获得储能系统的充放电控制指令。同时,建立了补偿系数的动态优化模型,包括长时间尺度下基于输出功率波动和电池容量变化指标的基准补偿系数寻优模型,短时间尺度下基于电池SOC指标和充放电状态的补偿系数快速修正模型。算法采用的最优求解和SOC指标具有广泛的适应性,便于推广不同容量储能系统在风电功率平滑中的应用,可以兼顾储能电池的寿命和输出功率的平滑性。算例结合风电场的功率实测数据,进行储能系统配置仿真,验证了该控制策略能够最大程度发挥储能系统能力,在维持电池能量稳定前提下,平抑风电场输出功率的波动。 展开更多

关键词 风力发电 储能系统 荷电状态 偏差控制 功率预测 时间尺度

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