風光互補發(fā)電系統(tǒng)逆變并網(wǎng)時的功率控制

1、逆變器并網(wǎng)時風光互補發(fā)電系統(tǒng)的功率控制國家電子技術研究所電力研究實驗室摘要：由太陽能（光伏）陣列、風力渦輪機和電池儲能裝置組成的混合并網(wǎng)分布式發(fā)電系統(tǒng)，可通過電力轉換在不同的輸配電網(wǎng)絡中使用。通過電池儲能裝置和逆變器的協(xié)調(diào)控制，可以將發(fā)電系統(tǒng)分為發(fā)電、輸電和配電。為了最大限度地利用新能源，光伏陣列和風力發(fā)電機在最大功率點獨立工作。電池儲能裝置可作為緩沖裝置，將新能源產(chǎn)生的電能靈活轉移，無需過度充放電。并網(wǎng)逆變器可以調(diào)節(jié)注入電網(wǎng)的功率。通過模型設計和實驗結果驗證了系統(tǒng)的性能和可靠性。介紹光伏風力發(fā)電往往會因為周圍環(huán)境的變化而產(chǎn)生不穩(wěn)定的輸出。微型發(fā)電機和燃料電池雖然不受環(huán)境影響，但其響應特性較慢

2、，不能滿足動態(tài)負荷條件1 。新能源發(fā)電系統(tǒng)依賴外部條件，缺乏穩(wěn)定性和連續(xù)性1 。然而，一些發(fā)電系統(tǒng)是對太陽輻照度和風速的補充 2 。人們普遍認為，風光互補發(fā)電在弱電網(wǎng)中具有更高的可靠性，因為它可以有效抑制使用單一發(fā)電源時輸出功率的快速變化，例如風力發(fā)電系統(tǒng)3 。與電池儲能裝置或燃料電池發(fā)電的混合并網(wǎng)可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性4 5 。本文設計了一個系統(tǒng)并描述了光伏、風能和風光互補發(fā)電并網(wǎng)時的原理，并通過發(fā)電、輸電和配電產(chǎn)生實驗結果。風能和太陽能發(fā)電系統(tǒng)在給定的風能和太陽能發(fā)電條件下通過高效運行獲得最大功率。電池儲能裝置可以緩解整個混合發(fā)電系統(tǒng)的輸出波動。當系統(tǒng)并網(wǎng)時，能量控制和能量流動主要由

3、電力電子元件控制。測試結果顯示了混合動力并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)性能，證明了在混合動力系統(tǒng)中使用電池儲能裝置控制輸出的可行性。圖 1 顯示了所提出的混合發(fā)電系統(tǒng)的示意圖以及系統(tǒng)的運行對象。該系統(tǒng)以風力渦輪機和光伏發(fā)電系統(tǒng)為能源，以電池儲能裝置為能量緩沖器?？紤]到電力和混合設備以及并網(wǎng)逆變器之間的關系，使用電力電子轉換器。所有組件都連接到公共直流母線。監(jiān)控系統(tǒng)由遠程控制個人計算機、系統(tǒng)操作軟件和通信網(wǎng)絡組成。監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控整個混合系統(tǒng)并協(xié)調(diào)各個能源的產(chǎn)生。通過平均算法可以提高電能質(zhì)量。風力渦輪機和光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的輸入功率波動，但通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)的平均算法的作用，注入電網(wǎng)的輸出功率變得更加平滑。電壓和電流諧

4、波也減少了，同時功率波動也減少了。事實上，混合系統(tǒng)可以提高系統(tǒng)的電能質(zhì)量。2、混合發(fā)電系統(tǒng)一、系統(tǒng)配置混合并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的能源由光伏陣列和風力渦輪機組成，電池作為儲能裝置。如圖。圖2是混合并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的框圖。該系統(tǒng)包括作為能源的風力和光伏發(fā)電機、作為緩沖器的電池存儲設備以及公共直流母線。電力電子轉換器用于考慮電能與混合組件和并網(wǎng)逆變器的關系。圖 3 顯示了構建的發(fā)電系統(tǒng)模型。使用10KW電池儲能裝置。 10KW光伏發(fā)電控制系統(tǒng)。 20kVA風電控制系統(tǒng)和30kVA并網(wǎng)逆變器。每個電源控制系統(tǒng)由自己的TMS 32控制平臺控制，并320C通過RS485多點串行通訊與計算機中的混合系統(tǒng)控制軟件連接。光

5、伏系統(tǒng)由一個 9kW 光伏陣列和一個10KW 升壓DC -DC 轉換器組成，可將陣列電壓提升到更高的市電直流電壓水平。光伏系統(tǒng)在最大功率跟蹤點 (MPPT) 控制下運行，以在太陽輻射變化時獲得最大能量。風力發(fā)電系統(tǒng)由11kVA異步發(fā)電機組成，取而代之的是風力發(fā)電機模擬器和20kVA變壓變頻PWM變換器，通過調(diào)節(jié)風機葉片的轉速，可以從不同的風速中獲取最大能量。圖4是混合動力系統(tǒng)控制軟件界面窗口。系統(tǒng)運行和控制參數(shù)可通過本軟件進行設置。2.系統(tǒng)說明以下是混合發(fā)電系統(tǒng)的組件的描述。(1)光伏陣列= 1 * GB3模塊名稱： GMG 10530= 2 * GB3開路電壓： 434V= 3 * GB3輸

6、出功率： 3184V(2)光伏控制系統(tǒng)= 1 * GB3轉換器類型：升壓DC-DC轉換器開關器件及頻率：IGBT，10KHZ額定功率：10KW輸出電壓范圍：200V400V（直流）輸出電壓范圍：350V600V（直流）控制方式：導納增量法(3) 電池組額定電壓：144V額定容量：200AH電池類型：閥控式(4) 電池控制系統(tǒng)轉換器類型：升壓升降壓DC-DC轉換器開關設備及頻率：IGBT，10KHZ額定功率：10KW電池側電壓范圍：130V200V（直流）直流側電壓范圍：350V600V（直流）充電控制：散裝、吸收、浮動(5)風力發(fā)電機模擬器系統(tǒng)：實時數(shù)字模擬器和異步電機電機型號：RTDS發(fā)電機

7、：11KVA 220V(6)風力發(fā)電機模型類型：無俯仰控制，失速控制額定容量：10KVA拐角半徑：3.9m額定速度：74額定風速12米rpm : /sec(7) WT控制系統(tǒng)逆變器類型：三相SVPWM逆變器開關器件及頻率：IGBT，10KHZ額定功率：20KVA最大輸入電壓范圍：250V (AC)最大輸入頻率：120Hz最大輸出電壓：600V（直流）控制方式：MPPT、VVVF、標量(8) 并網(wǎng)逆變器逆變器類型：三相SVPWM逆變器開關器件及頻率：IGBT，10KHZ額定功率：30kW額定輸出電壓：220V（AC）輸入電壓范圍：350V600V（直流）控制方式：基于電流的DQ控制3.系統(tǒng)控制混

8、合系統(tǒng)包括一般操作、功率分配和功率平均。表 1 顯示了各種方式的功率控制方案。普通手術在正常運行模式下，為了有效地向電網(wǎng)輸送電力，并網(wǎng)逆變器用于保持母線電壓持續(xù)恒定。為了在已知天氣條件下獲得最佳效果，必須始終控制風扇和面板以獲得最大功率。電池可以通過充電和放電保持在適當?shù)氖Ｓ嚯娏?。電力調(diào)配該系統(tǒng)通過公用事業(yè)運營商或公用事業(yè)需求管理應用程序分配電能。在該模式下，光伏風力發(fā)電以最大功率模式運行。為了使并網(wǎng)逆變器安全運行，通過控制電池儲能裝置將直流側電壓保持在一個恒定值。通過對電池進行充電和放電來穩(wěn)定輸出功率。平均功率混合動力系統(tǒng)可以衰減來自風電的振蕩功率，從而持續(xù)向電網(wǎng)供電。這種模式可以使電力更加

9、平滑，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量，穩(wěn)定地向電網(wǎng)供電。這種操作模式在連接到電網(wǎng)時減少了電壓和諧波變化。除了功率平均控制模塊外，監(jiān)控系統(tǒng)還應描述并網(wǎng)逆變器的功率平均結果。平均不可預測的實時功率可能是一個難題，需要對天氣預報和功率估計以及控制技術本身進行進一步的全面研究。本文提出了一種通過使用低通濾波器來有效降低功率波動的簡單技術。電池對于平衡發(fā)電和注入至關重要。風能和太陽能系統(tǒng)仍然在最大功率控制下工作。3. 實驗結果通過在不同的操作模式下操作來驗證系統(tǒng)的性能。比較了電流的總諧波畸變率和并網(wǎng)點的功率變化。具體情況見表1，實驗結果見表2。圖 5 給出了正常的運行狀態(tài)下的實驗結果。直流電壓通?？刂圃?30V，并網(wǎng)

10、逆變器將電能分配給電網(wǎng)。由于混合控制系統(tǒng)中的能量損失，總功率與并網(wǎng)逆變器的功率之間存在差異。逆變器的總諧波失真電流與注入功率成反比，因為基波元件的諧波失真率隨著輸出電流的增加而降低。配電模式下的實驗結果。為了完成測試，系統(tǒng)分離出5KW的功率。并網(wǎng)逆變器使注入電網(wǎng)的電能變得連續(xù)，減少了系統(tǒng)的功率波動。當總能量大于注入電網(wǎng)的能量時，電池工作在充電模式，否則工作在放電模式。直流母線電壓在電池充電期間保持在最大值，否則保持在最小值。這樣可以避免電池的反復充放電，影響電池壽命。輸出電流的總諧波失真是恒定的，沒有電壓波動，因此注入電網(wǎng)的功率是恒定的。圖 7 顯示了能量平均運行模式下的結果，其中并網(wǎng)逆變器充

11、當?shù)屯V波器。可以看出，電力注入電網(wǎng)的平滑度是顯而易見的。電流和電壓的諧波失真明顯更小。電源控制的方法與配電相同，都是將直流母線電壓限制在預先設定的控制值，以免需要太多的電源組。5 結論本文提出了一種多功能并網(wǎng)的風、光、電池儲能混合系統(tǒng)，并闡述了該系統(tǒng)在多種運行模式下的功率控制原理。通過實驗驗證了系統(tǒng)性能。在本文中，對 30 kW模型進行了實驗。實驗結果證明，該系統(tǒng)能夠為電網(wǎng)提供靈活穩(wěn)定的電能，同時最大限度地利用新能源。通過合理的運行措施，可以使注入電網(wǎng)的電能連續(xù)、波動小。在經(jīng)濟方面，新能源是可再生的，具有成本效益。為了達到最佳效果，應選擇合適的組件和電池儲能裝置。微電網(wǎng)的控制方法和減少能量波

12、動的更有效算法需要進一步研究。6. 參考文獻1 Fernando Valencaga、Pablo F. Puleston 和 Pedro E. Battaiotto，“沒有 WindMeasurement 的太陽能/風力發(fā)電系統(tǒng)的功率控制：無源/滑動模式方法”，IEEE Trans.Energy Conversion，Vol。 18，第 4 期，第 501-507 頁，2003 年 12 月。2 Kurozumi, Kazuhiro 等人，“NTT 久米島無線電中繼站由風力和光伏系統(tǒng)組成的混合系統(tǒng)”，INTELEC，1998 年國際電信能源會議，第 785-789 頁。3 Riad Chedi

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