第32卷 第16期2008年8月25日Vol.32 No.16Aug.25,2008

基于超导储能系统的风电场功率控制系统设计

刘昌金,胡长生,李 霄,陈 敏,徐德鸿

(浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市310027)

摘要:风电场输出功率的波动性和间歇性会给电网带来不利的影响。为了降低风电场并网对电能质量的影响,文中阐述了一种基于超导储能系统的抑制风电场功率波动的间接控制方法。利用超

导储能系统的四象限功率运行能力来补偿风电场输出的有功和无功功率波动,并抑制由此产生的电网电压波动;通过合理设计超导储能系统功率调节器的带宽来优化储能量。通过对风电场连接于弱电网的仿真,验证了所提出的功率控制策略的有效性。关键词:风力发电;超导储能系统;功率控制;电能质量中图分类号:TM614;TM917;TM76

0 引言

风力发电是当今非水能的可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式,近

年来一直保持着很高的年增长速度[1-2]。由于风的波动性和间歇性特点,风电功率的波动性和间歇性会对局部电网电压的稳定性和电能

[3-4]

质量产生影响。当风电场容量较小时,风电功率的波动性和间歇性对电力系统的影响并不显著。但随着风电在中国开发力度的加大,风电场的规模和单机容量越来越大,中大型风电场接入后对电网运行的不利影响也日益突出[3]。因此,研究并网风电场的功率特性以及如何管理其功率输出成为风力发电技术中的重要问题。

迄今为止,研究人员已提出了多种解决方法,可分成2类:一是通过调节风力涡轮机的运行状态来

[5-6]

平滑其输出功率,可归类为直接功率控制,但该方法对风速波动较大的风电场的功率调节能力有限;二是通过附加的储能设备来平滑风电场的输出

[7-11]

功率,可归类为间接功率控制,该方法能实现较宽范围的功率调节,有效地抑制风电场输出功率的波动。然而,目前储能设备的单位储能成本比较[12]

高,限制了储能系统在风电领域的应用,有必要对储能量进行优化;另外,由于风力涡轮机输出功率Hz~点,本文研究如何利用较小储能量的超导储能系统(SMES)来解决中大型并网风电场的功率波动可能

收稿日期:2008-04-28;修回日期:2008-06-02。国家电网公司科技项目(SGKJ[2007]120)。

…… 此处隐藏0字 ……

带来的电能质量问题。

1 系统结构

图1为带有SMES的风电机组接入电网的结构。不考虑风电场各台风力发电机的地理位置对风速的影响,风电场由33台单机额定容量为2MW的恒速风机)异步发电机组成,风电场总装机容量为66MW,通过690V/10kV升压变压器连接到电网。由于异步发电机在发出有功功率的同时需要吸收一定的无功功率,可由电容器组提供的无功对异步发电机和变压器进行无功补偿,实现风电场10kV高压侧的单位功率因数。无风电机组接入时,电力系统在母线2处的短路容量为250MVA,用于模拟一个弱电网。SMES通过3.3kV/10kV升压变压器连接到风电场出口的高压侧。

图1 带SMES的风电场-无穷大系统Fig.1 Windfarm-infinitegridsystemwithSMES

从图1,根据功率平衡定理有:

Pgrid=Pwind-PSMQgrid=Qwind-QSM

)

(1)