风光互补发电系统逆变并网时的功率控制

1、逆变器并网时风光互补发电系统的功率控制国家电子技术研究所电力研究实验室摘要：由太阳能（光伏）阵列、风力涡轮机和电池储能装置组成的混合并网分布式发电系统，可通过电力转换在不同的输配电网络中使用。通过电池储能装置和逆变器的协调控制，可以将发电系统分为发电、输电和配电。为了最大限度地利用新能源，光伏阵列和风力发电机在最大功率点独立工作。电池储能装置可作为缓冲装置，将新能源产生的电能灵活转移，无需过度充放电。并网逆变器可以调节注入电网的功率。通过模型设计和实验结果验证了系统的性能和可靠性。介绍光伏风力发电往往会因为周围环境的变化而产生不稳定的输出。微型发电机和燃料电池虽然不受环境影响，但其响应特性较慢

2、，不能满足动态负荷条件1 。新能源发电系统依赖外部条件，缺乏稳定性和连续性1 。然而，一些发电系统是对太阳辐照度和风速的补充 2 。人们普遍认为，风光互补发电在弱电网中具有更高的可靠性，因为它可以有效抑制使用单一发电源时输出功率的快速变化，例如风力发电系统3 。与电池储能装置或燃料电池发电的混合并网可以提高系统的稳定性和可靠性4 5 。本文设计了一个系统并描述了光伏、风能和风光互补发电并网时的原理，并通过发电、输电和配电产生实验结果。风能和太阳能发电系统在给定的风能和太阳能发电条件下通过高效运行获得最大功率。电池储能装置可以缓解整个混合发电系统的输出波动。当系统并网时，能量控制和能量流动主要由

3、电力电子元件控制。测试结果显示了混合动力并网发电系统的动态性能，证明了在混合动力系统中使用电池储能装置控制输出的可行性。图 1 显示了所提出的混合发电系统的示意图以及系统的运行对象。该系统以风力涡轮机和光伏发电系统为能源，以电池储能装置为能量缓冲器。考虑到电力和混合设备以及并网逆变器之间的关系，使用电力电子转换器。所有组件都连接到公共直流母线。监控系统由远程控制个人计算机、系统操作软件和通信网络组成。监控系统监控整个混合系统并协调各个能源的产生。通过平均算法可以提高电能质量。风力涡轮机和光伏系统产生的输入功率波动，但通过远程监控系统的平均算法的作用，注入电网的输出功率变得更加平滑。电压和电流谐

4、波也减少了，同时功率波动也减少了。事实上，混合系统可以提高系统的电能质量。2、混合发电系统一、系统配置混合并网发电系统的能源由光伏阵列和风力涡轮机组成，电池作为储能装置。如图。图2是混合并网发电系统的框图。该系统包括作为能源的风力和光伏发电机、作为缓冲器的电池存储设备以及公共直流母线。电力电子转换器用于考虑电能与混合组件和并网逆变器的关系。图 3 显示了构建的发电系统模型。使用10KW电池储能装置。 10KW光伏发电控制系统。 20kVA风电控制系统和30kVA并网逆变器。每个电源控制系统由自己的TMS 32控制平台控制，并320C通过RS485多点串行通讯与计算机中的混合系统控制软件连接。光

5、伏系统由一个 9kW 光伏阵列和一个10KW 升压DC -DC 转换器组成，可将阵列电压提升到更高的市电直流电压水平。光伏系统在最大功率跟踪点 (MPPT) 控制下运行，以在太阳辐射变化时获得最大能量。风力发电系统由11kVA异步发电机组成，取而代之的是风力发电机模拟器和20kVA变压变频PWM变换器，通过调节风机叶片的转速，可以从不同的风速中获取最大能量。图4是混合动力系统控制软件界面窗口。系统运行和控制参数可通过本软件进行设置。2.系统说明以下是混合发电系统的组件的描述。(1)光伏阵列= 1 * GB3模块名称： GMG 10530= 2 * GB3开路电压： 434V= 3 * GB3输

6、出功率： 3184V(2)光伏控制系统= 1 * GB3转换器类型：升压DC-DC转换器开关器件及频率：IGBT，10KHZ额定功率：10KW输出电压范围：200V400V（直流）输出电压范围：350V600V（直流）控制方式：导纳增量法(3) 电池组额定电压：144V额定容量：200AH电池类型：阀控式(4) 电池控制系统转换器类型：升压升降压DC-DC转换器开关设备及频率：IGBT，10KHZ额定功率：10KW电池侧电压范围：130V200V（直流）直流侧电压范围：350V600V（直流）充电控制：散装、吸收、浮动(5)风力发电机模拟器系统：实时数字模拟器和异步电机电机型号：RTDS发电机

7、：11KVA 220V(6)风力发电机模型类型：无俯仰控制，失速控制额定容量：10KVA拐角半径：3.9m额定速度：74额定风速12米rpm : /sec(7) WT控制系统逆变器类型：三相SVPWM逆变器开关器件及频率：IGBT，10KHZ额定功率：20KVA最大输入电压范围：250V (AC)最大输入频率：120Hz最大输出电压：600V（直流）控制方式：MPPT、VVVF、标量(8) 并网逆变器逆变器类型：三相SVPWM逆变器开关器件及频率：IGBT，10KHZ额定功率：30kW额定输出电压：220V（AC）输入电压范围：350V600V（直流）控制方式：基于电流的DQ控制3.系统控制混

8、合系统包括一般操作、功率分配和功率平均。表 1 显示了各种方式的功率控制方案。普通手术在正常运行模式下，为了有效地向电网输送电力，并网逆变器用于保持母线电压持续恒定。为了在已知天气条件下获得最佳效果，必须始终控制风扇和面板以获得最大功率。电池可以通过充电和放电保持在适当的剩余电量。电力调配该系统通过公用事业运营商或公用事业需求管理应用程序分配电能。在该模式下，光伏风力发电以最大功率模式运行。为了使并网逆变器安全运行，通过控制电池储能装置将直流侧电压保持在一个恒定值。通过对电池进行充电和放电来稳定输出功率。平均功率混合动力系统可以衰减来自风电的振荡功率，从而持续向电网供电。这种模式可以使电力更加

9、平滑，提高电网供电质量，稳定地向电网供电。这种操作模式在连接到电网时减少了电压和谐波变化。除了功率平均控制模块外，监控系统还应描述并网逆变器的功率平均结果。平均不可预测的实时功率可能是一个难题，需要对天气预报和功率估计以及控制技术本身进行进一步的全面研究。本文提出了一种通过使用低通滤波器来有效降低功率波动的简单技术。电池对于平衡发电和注入至关重要。风能和太阳能系统仍然在最大功率控制下工作。3. 实验结果通过在不同的操作模式下操作来验证系统的性能。比较了电流的总谐波畸变率和并网点的功率变化。具体情况见表1，实验结果见表2。图 5 给出了正常的运行状态下的实验结果。直流电压通常控制在430V，并网

10、逆变器将电能分配给电网。由于混合控制系统中的能量损失，总功率与并网逆变器的功率之间存在差异。逆变器的总谐波失真电流与注入功率成反比，因为基波元件的谐波失真率随着输出电流的增加而降低。配电模式下的实验结果。为了完成测试，系统分离出5KW的功率。并网逆变器使注入电网的电能变得连续，减少了系统的功率波动。当总能量大于注入电网的能量时，电池工作在充电模式，否则工作在放电模式。直流母线电压在电池充电期间保持在最大值，否则保持在最小值。这样可以避免电池的反复充放电，影响电池寿命。输出电流的总谐波失真是恒定的，没有电压波动，因此注入电网的功率是恒定的。图 7 显示了能量平均运行模式下的结果，其中并网逆变器充

11、当低通滤波器。可以看出，电力注入电网的平滑度是显而易见的。电流和电压的谐波失真明显更小。电源控制的方法与配电相同，都是将直流母线电压限制在预先设定的控制值，以免需要太多的电源组。5 结论本文提出了一种多功能并网的风、光、电池储能混合系统，并阐述了该系统在多种运行模式下的功率控制原理。通过实验验证了系统性能。在本文中，对 30 kW模型进行了实验。实验结果证明，该系统能够为电网提供灵活稳定的电能，同时最大限度地利用新能源。通过合理的运行措施，可以使注入电网的电能连续、波动小。在经济方面，新能源是可再生的，具有成本效益。为了达到最佳效果，应选择合适的组件和电池储能装置。微电网的控制方法和减少能量波

12、动的更有效算法需要进一步研究。6. 参考文献1 Fernando Valencaga、Pablo F. Puleston 和 Pedro E. Battaiotto，“没有 WindMeasurement 的太阳能/风力发电系统的功率控制：无源/滑动模式方法”，IEEE Trans.Energy Conversion，Vol。 18，第 4 期，第 501-507 页，2003 年 12 月。2 Kurozumi, Kazuhiro 等人，“NTT 久米岛无线电中继站由风力和光伏系统组成的混合系统”，INTELEC，1998 年国际电信能源会议，第 785-789 页。3 Riad Chedi

13、d 和 Saifur Rahman，“混合风力-太阳能系统的单元选型和控制”，IEEE Trans。能量转换，卷。 12，第 1 期，第 79-85 页，1997 年 3 月。4 Francois Giraud 和 Zyiad M. Salameh，“带Battery存储的并网屋顶混合风力光伏发电系统的稳态性能”，IEEE Trans。能量转换，卷。 16，第 1 期，页。 2001 年 3 月 1-7 日。5 C. Schauder 和 H. Mehta，“高级静态 VAR 补偿器的矢量分析和控制”，Proc。研究所。选。 Eng., 点。 C，卷。 140，第 299-306 页，1993

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