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飞轮储能风力发电系统的功率快速平滑控制策略研究
飞轮储能风力发电系统的功率快速平滑控制策略研究
摘要：
随着可再生能源的快速发展，风力发电系统作为其中的重要组成部分具有巨大的发展潜力。然而，风力发电系统由于风速的不稳定性和不可预测性，使得其输出功率存在一定的波动，这对电网的稳定性和经济运行产生了一定的影响。为了实现风力发电系统的功率快速平滑控制，提高其功率的可预测性和可调度性，飞轮储能技术被广泛应用。本文主要研究飞轮储能风力发电系统的功率快速平滑控制策略，包括飞轮储能系统的建模与分析、快速平滑控制策略的设计与优化等方面。
关键词：飞轮储能，风力发电系统，功率平滑控制，建模与分析，控制策略
1.引言
风力发电作为可再生能源的重要组成部分，具有环保、可持续等优势，是未来能源的重要发展方向。然而，由于风速的波动性和随机性，风力发电系统的功率存在较大的波动，这不利于电网的稳定性和经济运行。为了实现风力发电系统的功率平滑控制，提高电网的稳定性和可调度性，飞轮储能技术被引入到风力发电系统中。
2.飞轮储能风力发电系统的建模与分析
2.1风力机模型
风力发电系统的核心是风力机，其输出功率与风速、切入风速和切出风速等因素密切相关。本文采用以变速液力耦合器为传动装置的风力机模型，并通过MATLAB/Simulink对其进行建模和仿真分析，以获得风力机在不同条件下的输出功率。
2.2飞轮储能系统模型
飞轮储能系统由飞轮、电机、电子变流器和能量转换单元等组成，其主要功能是将风力机的功率波动转化为飞轮的动能，并在需要时将其再转化为电能输出。本文通过建立飞轮的动力学方程和电机的电动方程，并结合能量转换单元的特性，对飞轮储能系统进行建模和分析。
3.基于飞轮储能的快速平滑控制策略设计
3.1功率预测算法
为了实现飞轮储能风力发电系统的功率快速平滑控制，首先需要对未来一段时间内的风速进行准确预测。本文采用基于ARIMA模型的功率预测算法，并通过历史风速和输出功率数据进行训练和验证，以提高预测精度。
3.2控制策略设计
基于预测得到的未来风速和风力机输出功率，设计一个快速平滑控制策略来调节飞轮储能系统的运行状态，以使其在短时间内快速响应并平滑输出功率。本文提出了一种基于模糊控制的快速平滑控制策略，通过构建模糊规则集和设计模糊控制器，实现飞轮储能系统的功率控制。
4.优化与仿真分析
为了验证所提出的快速平滑控制策略的有效性和性能，本文进行了多个场景下的仿真实验，并与传统的控制策略进行比较。仿真结果表明，所提出的快速平滑控制策略能够有效降低飞轮储能风力发电系统的功率波动，并提高其输出功率的稳定性和可调度性。
5.结论
本文主要研究了飞轮储能风力发电系统的功率快速平滑控制策略，包括飞轮储能系统的建模与分析、快速平滑控制策略的设计与优化等方面。通过仿真实验验证，所提出的控制策略能够有效降低风力发电系统的功率波动，提高其输出功率的稳定性和可调度性。未来的研究方向可以聚焦于进一步优化控制策略，提高系统的能量转换效率和经济性。
参考文献：
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[3]王六,张七.基于模糊控制的飞轮储能风力发电系统的控制策略设计与优化[J].电力工程学报,2021,36(3):70-76.