模块化多电平储能单元改善并网风电场稳定性研究.pdf

第35卷第1期四川电力技术Vol．35，No．1
2012年2月SichuanElectricPowerTechnologyFeb．，2012

模块化多电平储能单元改善并网风电场稳定性研究

张振华1，冯涛2
(1．浙江大学电气工程学院，浙江杭州310027;2．成都电业局，四川成都610021)

摘要:由于风能的随机性，风电场存在输出功率和连接点电压波动的问题，为提高风电并网稳定性，提出一种基于
模块化多电平变流器(modularmultilevelconverter，MMC)拓扑和超级电容结合的储能单元结构。利用拟合函数建立风
机数学模型，分析了基于异步发电机风电系统的运行特性;利用逆系统方法将MMC变流器等效电路模型进行线性解
耦，对于解耦后子系统设计了以平滑有功功率和稳定接入点电压为目标的控制器。在Matlab/Simulink中搭建了在随
机风波动时的仿真模型。仿真结果表明，基于MMC和超级电容的储能单元具有快速的有功和无功补偿能力，电网吸收
的有功功率维持恒定，接入点电压稳定在额定值，从而降低了风速变化对电网的冲击，提高了风电并网的稳定性。
关键词:风力发电;模块化多电平变流器;超级电容;储能单元;逆系统方法
Abstract:Therandomicityofwindenergyleadstotheproblemoffluctuationforbothwindpowerandvoltage．Inordertoen-
hancethestabilityofagrid－connectedwindfarm，akindofenergystorageunitbasedonmodularmultilevelconverter
(MMC)andsupercapacitorispresented．Afterestablishingthemathematicalmodelofwindturbine，theoperationcharacter-
isticsofwindpowerbasedoninductiongeneratorareanalyzed．Inversesystemmethodisdevelopedtodecouplethemodular
multilevelconvertermodelanddesignthecontrollersforsmoothingtheoutputactivepowerandstabilizingthevoltageofthe
connectedpoint．AsimulationmodelisestablishedwithMatlab/Simulink．Thesimulationresultsshowthattheenergystorage
unitcanrapidlycompensateactivepowerandreactivepowerofwindpower．Thepowerabsorbedbythegridmaintainsconstant
andthevoltageiskeptatthesettingvalue，whichgreatlyenhancesthepowerqualityandthestabilityofwindpowergridinte-
gration．
Keywords:windpower;modularmultilevelconverter;supercapacitor;energystorageunit;inversesystemmethod
中图分类号:TK83文献标志码:A文章编号:1003－6954(2012)01－0006－03

进行功率解耦的基础上，设计抑制风电输出功率波动
引言
0和连接点电压波动的控制策略，仿真结果证明了该策
随着风电的大规模发展，其在电网中所占比重越略的有效性。
来越大。由于风具有间歇性，风电机组输出稳定性
差，影响电网电能质量，甚至可能危及电网的稳定运1基于MMC储能单元的并网风电系统
行，因此需研究风电运行特点并提高并网运行的稳定
储能单元与风电结合的系统如图所示
性。常见的解决方法是利用储能装置来抑制功率的1。
波动［1－5］。超级电容由于具有大功率密度、材料无污
染和循环使用等优点，成为了一种较理想的储能载
体，得到广泛研究［6－8］。选择超级电容作为储能元
件，将其和模块化多电平变流器相结合，作为功率调
节单元，对风电机组进行功率补偿。选择模块化多电
平变流器(modularmultilevelconverter，MMC)，是由
于它模块化的设计能灵活地适应各种电压等级和容
量要求，同时输出多电平能有效改善电压波形，降低
谐波污染［9］。
在给出储能单元结构和风机模型后，在对变流器图1储能单元连接风电系统
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