超级电容器储能在风电电压质量改善中的应用

【作者】 管晟超； 程浩忠； 方斯顿； 杨堤； 徐国栋； 马紫峰；

【机构】 上海交通大学电子信息与电气工程学院,化学化工学院；

【摘要】 风电接入电网,对系统的电能质量产生了许多不利影响。而超级电容器具有功率密度大、充放电速度快、使用寿命长、维护较少等优点,适宜将其应用到风电接入后的电压质量调节装置中来。本文基于超级电容器建立了电压质量调节模型,并分析了超级电容器在风力发电系统电压暂降、谐波抑制等电压质量调节中的良好特性。基于超级电容器的风电系统主结构模型,如图1所示。变流器的控制环节采用双闭环控制结构,对有功和无功解耦后,分别进行控制。图2为变流器控制系统的结构示意图。超级电容器两端的电压及其所携带的电能也需要进行控制和约束。图3为双向直流变换器,采用双闭环控制,保持直流电压不变,同时避免充放电电流过流。未加装变流器时,发电机出口在风机并网时的电压波形如图4所示。通过上述模型在电压暂降、电压波动时,调节变流器的输出,可以补偿跌落的电压,其结果如图5所示。但由于系统中电力电子器件的缘故,在抑制电压暂降的过程中会产生较大的谐波。为了抵消谐波对控制效果的影响,本文选用了基于超级电容器的双调谐滤波器,作为谐波的滤除工具,其结构如图6所示。该滤波器结构基于传统的双调谐滤波器,用超级电容器组替换模型中的电容C₁和C₂,增强了该结构中电容的容量和响应速度,还可以在一定程度上提高滤波器的使用寿命。滤波前后的波形分别如图7和图8所示,证明超级电容器在改善谐波方面具有良好的效果。本文通过PSCAD仿真表明,超级电容器在改善风电并网的电压质量问题具有良好的效果。更多还原