关键词：带储能；风力发电；控制策略；
一、双馈风力发电工作原理
双馈感应发电机由定子绕组直连定频三相电网的绕线型感应发电机和安装在转子绕组上的双向背靠背IGBT电压源变流器组成。双馈的含义是定子电压由电网提供，转子电压由变流器提供。该系统允许在限定的大范围内变速运行。通过注入变流器的转子电流，变流器对机械频率和电频率之差进行补偿。在正常运行和故障期间，发电机的运转状态由变流器及其控制器管理。变流器由两部分组成：转子侧变流器和电网侧变流器，它们是彼此独立控制的。电力电子变流器的主要原理是转子侧变流器通过控制转子电流分量控制有功功率和无功功率，而电网侧变流器控制直流母线电压并确保变流器运行在统一功率因数（即零无功功率）。功率是馈入转子还是从转子提取取决于传动链的运行条件：在超同步状态，功率从转子通过变流器馈入电网；而在欠同步状态，功率反方向传送。在两种情况（超同步和欠同步）下，定子都向电网馈电。
二、新型双馈风力发电系统的构成功能分析
2.1传统的双馈风力发电系统结构中，双馈风力发电系统的交流电源主是背靠背的结构电压变换器组成，从端口特性分析感应发电机和背靠背的变换器的运行，需要根据系统的输出系统做好合理能量流动的功率概念分析，针对风力风能转换，保证随风速的机械功率，不能损耗风力发电系统并网点输出功率问题。
2.3从端口特性的能量流动关系分析中，要将双馈感应发电机和背靠背的变换器作为一个整体考虑分析，提高针对风力机械功率和储能装置补偿认识，保障系统并网功率高效的运行，优化储能系统的转换功率分析，通过针对并网的补偿功率分析，提高能量流动的功率概念认识，保证并网带输出点功率提高。
2.3在传统的双馈风力发电系统中，要提高风速引起的机械公路波动管理，根据新型双馈风力发电系统做好控制管理装置，提高电网交换功能和传统方式并网点功率波动补偿，提高平稳输出功率，保障新型双馈风力发电系统合理运行。
三、集成EES的双馈风力发电系统控制策略
所谓的EES主要是嵌入式能量存储（embeddedenergystorage，EES）电池系统。风的自然间歇性使风力发电功率稳定性较差，其输出功率随风速增大或减小。可利用储能系统对此波动功率进行补偿，以实现输入电网功率恒定。因此，EES需具备一定的能量缓冲水平。为保障储能系统的自身安全和正常工作，运行中需实时检测EES的储能状态或称为荷电状态（SOC）。SOC定义为电池剩余电量与标称电量的比值，对电池的充放电过程至关重要，需设定在一定的范围内。
3.1 SOC未越限时的控制策略
电池的SOC处于工作范围（如20%-80%）内时，EES作为能量缓冲系统由BoostDC/DC变流器接入发电系统的直流母线侧，根据风速变化调节发电系统输出功率。在传统双馈发电系统中，直流环节的电压波动在一定程度上反映了风电功率的波动，因此，直流侧DC/DC以恒定的直流母线电压为控制目标。当直流侧电压高于设定值时，表明风速较高，过剩的风能可通过DC/DC变流器向EES充电；反之，当直流侧电压低于设定值时，表明风速较低，风电输入电网功率的缺额则由EES通过DC/DC变流器放电而流入直流母线侧。RSC实现风力发电机输出有功与无功功率的解耦控制。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为实现最大风能捕获，根据风速实时调节发电机的转速，保持最佳叶尖速比，最大化风能转换效率；无功功率的参考值可根据定子功率因数的需求选取。由于DC/DC用于控制直流母线电压，GSC则补偿发电机定子侧的输出功率与风电输入电网功率指令的差额功率，保证输入电网的功率恒定，提高风电输出功率的稳定性。为充分利用变流器的无功调节能力，可根据系统的需要提供或吸收一定的无功功率，其参考值可依据网侧的功率因数选择（通常工作于单位功率因数）；另外，在电网电压降落情况下，无功功率可用于调节系统交流电压的稳定，其最大补偿容量取决于变流器的设置容量。
3.2 SOC越限时的控制策略
某段时间内风速持续较高（如暴风），可能使得EES存储容量达到上限饱和；某段时间内风速持续较低（如无风），又会使得EES存储容量低于下限而深度放电。对于由蓄电池构成的储能系统，必须避免过充或深放状态的出现。因此，为保证EES的安全及发电系统的正常运行，当检测到电池SOC或电压越限时，必须将储能系统切除。此时，系统恢复为传统的双馈发电系统，总体控制策略须进行相应调整。在切除储能环节后的高风速区（额定风速以上），RSC实现恒功率控制，在低风速区（额定风速以下）依然跟踪最大功率曲线，GSC则恢复为控制直流端电压恒定，保证系统的可靠运行。
四、带储能的双馈风力发电系统枋真实验
4.1实验环境。为了说明本次提出的带储能的双馈风力发电系统策略运行的效果，现应用仿真实验算例说明。现设双馈发电机为1.5MW，基本风速为8m/s，对应的风电输入电网功率参考值为0.4，基准值为1.5MW，。设仿真风速在4m/s内功率可在0.2~0.6中取值，设定储能系统功率为0.2，即0.3MW，设定RSC周期控制时间为1min，经计算可得10min跨度容量为50kW#H。输入参数获得仿真实验结果。
4.2实验结果。（1）不同风速下功率控制的仿真结果。应用国外设定的风力四分量模型，将风力设定为基本风、阵风、渐变风、随机风。在未安装储能装置以前电网功率的波动极大，电网功率、定子功率、GSC功率的数值呈现极大的离散性。储能装置可有效的控制定子功率、GSC功率数值，使电网功率能保持一定的稳定性，除了在随机风速下，电网功率波动起伏较为频繁外，在基本风、阵风、渐变风的环境中，电网功率使终较为平稳。（2）总输出功率指令改变后的仿真结果。为了说明总输出功率指令改变后，是否会影响带储能的双馈风力发电系统运行的效果，现将原总输出指令0.35变为0.55。
4.3电网电压扰动的仿真结果。仿真数据显示，即使将原总输出指令0.35变为0.55电网功率控制效果依然平稳，实验结果意味着应用带储能的双馈风力发电系统，可以灵活的改变总输出功率，它是一套可以满足功率输出变化的风力发电系统。电网在运行时，会出现种种故障，令风电输入到电网的功率下降，在原动力功率不变的情形下，如果强行要求发电机转子思速，可能导致直流母线过电压，令风力发电系统出现短路现象，风力发电系统的安全将出现问题。现应用风电并网干扰的方式了解带储能的双馈风力发电系统能否在电网出现各类干扰的情况下稳定总功率。通过实验得出结论未带储能的双馈风力发电系统在到干扰时，总功率输出变化极大，而带储能的双馈风力发电系统在遇到干扰时，2s遇到干扰，2.3s即回复正常，在2.0~2.3s之间功率也相对较为平稳。应用了带储能的双馈风力发电系统可有效的控制GSC和RSC数值，给予最佳的无功补偿，保持双馈风力发电系统的稳定性。
结束语：
总之，针对储能系统加背靠背的变换器的直流新型双馈风力发电系统分析，需要做好针对背靠背的变换器的实施功率控制，有效抑制风速变化情况，保障风力发电系统并网点高效运行，通过仿真和试验结果分析可以看出，需要在系统运行中不断提高风速波动的情况分析，按照一定系统优化模式提高针对系统有效控制，保障系统稳定性和动态响应能力提高。
参考文献：
[1]杨晓艳.双馈风电场无功电压协调控制策略.2016.
[2]胡玲.储能技术在解决大规模风电并网问题中的应用前景分析.2017.
论文作者:蒋飞
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年11期
论文发表时间:2019/12/2
标签：功率论文; 系统论文; 变流器论文; 电网论文; 风力发电论文; 风速论文; 储能论文; 《当代电力文化》2019年11期论文;