电力电气设计储能装置提高风电系统暂态稳定特性的仿真研究答辩课件

1、 储能装置提高风电系统暂态稳定特性的仿真研究 第1页，共20页。风电系统的基本概述2储能元件的UD模型设计4绪论31储能装置介绍及原理33总结与展望35第2页，共20页。一.风力发电的优点：风能资源丰富风电场安装施工期短实际占地少，对土地要求低风电场运行简单风电场生产管理过程中自动化程度较高，可以无人值守风力发电技术比较成熟第3页，共20页。 另外，风电场的建设与运行由于受到风资源分布与风能随机性的影响，会有以下不利因素：不稳定性。原动力不可控。大量风电机组并列运行。以上缺点增大了风电系统的调峰难度，也给整个系统带来了新的不稳定因素，使得风电的大规模发展面临瓶颈。 第4页，共20页。风力发电机

2、模型 PSASP仿真程序中的两种风力发电机模型：本次设计使用双馈直驱风力发电机通用模型 第5页，共20页。2含风机四机电力系统建模 其中发电1为平衡机，发电3为双馈直驱风力发电机。对该系统进行潮流计算：潮流计算收敛，证明该系统处于正常运行状态第6页，共20页。3.对该系统设置节点扰动，扰动设为风力发电机的阵风扰动如下图所示： 调节系统参数，可以得到含风机4机系统的阵风扰动暂态响应结果。第7页，共20页。 暂态结果及分析结果分析：前5秒系统正常运行，故各母线电压和传输的有功、无功功率均为正常恒定值，当风电机5秒发生阵风扰动时，各母线电压和传输功率发生大幅度改变，并且是整个系统的有功和电压均发生变

3、化，使系统偏离正常运行状态，并且在20秒后阵风扰动结束一段时间后才能恢复到正常状态。可见风电机的不稳定性对电力系统电能质量带来较大的影响 。第8页，共20页。目前在电力系统中研究和应用较多的主要有以下几种：抽水储能、飞轮储能、电池储能、超导磁储能。不同储能方式参数如下： 储能系统介绍物理储能电储能化学储能抽水储能飞轮储能压缩气体电容器储能超导储能电池储能转换效率60%90%50%90%95%70%储能容量高高高高高中储能密度中打中大大小充电时间小时分钟小时小时小时小时循环寿命几千无限几千几千无限几百环境影响极大良好极大大很好大事故后果高低中中高中可用化已用开发中，少量已用已用已用开发中已用第9

4、页，共20页。储能装置数学模型与换流器的结构和控制方式有关，在忽略内环控制器动态响应过程的条件下，储能装置的功率调节特性可采用两个相互独立的一阶动态模型表示如下： Psm、Qsm分别是ESS与电力系统间交换的有功、无功功率；T为ESS功率调节时间常数，一般为ms级；u1、u2分别为ESS外环控制器输出的有功、无功控制量。储能装置功率注入模型设计第10页，共20页。选定 w和 U为控制信号，储能装置功率注入模型的外环PI控制原理如下图所示： 第11页，共20页。储能装置的功率注入模型 设模型ESS向系统输出有功、无功、视在功率分别为Psm、Qsm、Ssm，U和I分别为ESS安装母线正序电压及向其

5、注入的电流，uR 、uI， iR、iI分别是U和I的实部和虚部。则有以下方程成立：第12页，共20页。则ESS和电力系统间完整的连接及控制过程如下图所示：第13页，共20页。PSASP的UD模型介绍建立PSASP 的UD模型需要三部分基本信息基本功能框输入信息和输出信息可设计、定义用户所需的模型，实现用户特定的设计思想或算法 通过该模型的输入信息X和输出信息Y与所研究的电力系统连成一整体第14页，共20页。储能装置的功率注入模型在UD中的实现第15页，共20页。仿真结果与分析： 将该UD模型挂到母线3上，并对加入UD模型的含风机的四机系统进行暂态分析，得到相应的暂态响应结果，将加入UD模型的暂

6、态曲线和没有加入UD模型的暂态结果进行比较如下图所示：第16页，共20页。仿真结果与分析 第17页，共20页。 由以上暂态结果的对比图可知：加入储能元件的功率注入模型后该系统在风力发生扰动的情况下能有效的改善系统的电压，功率变化，能够有效的减小风机扰动（本次实验设置的为阵风扰动）对系统带来的影响，增加系统的稳定性。 但是，由仿真结果我们仍可以发现一些问题：首先，该UD模型对系统的调节作用有限，并不能做到十分完整的平息风电系统系统发生的扰动，只能做到有效的改善，因此储能元件实际应用中仍需要进一步改进与研究，而且储能元件的使用效果也与储能元件的安装地点有关，也需要进一步研究。第18页，共20页。（一）本文主要工作总结：1.介绍了风电的优缺点与前景，以及大规模应用风电所遇到的困难。2.通过仿真模拟了风速变化时风电对电力系统电能质量带来的影响。3.介绍了储能元件的基