風(fēng)/柴/儲(chǔ)能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)蓄電池充放電控制方法

摘要：有效改造了蓄電池動(dòng)態(tài)仿真模型，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池充放電以一定精度進(jìn)行控制，并應(yīng)用該蓄電池模型，搭建了一個(gè)微小型離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。仿真結(jié)果驗(yàn)證表明，所改造的蓄電池模型能夠很好滿足小型離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電壓穩(wěn)定性的要求，能夠有效模擬離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為。

關(guān)鍵詞：蓄電池仿真模型;風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

0引言

蓄電池是小型離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中重要組成部分，不但能夠在弱風(fēng)或無(wú)風(fēng)時(shí)將儲(chǔ)能釋放出來(lái)向負(fù)荷供電，而且可以存儲(chǔ)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在滿足負(fù)載后發(fā)出的多余能量。本文介紹只用SOC作為狀態(tài)變量的非線性蓄電池模型，并將該模型應(yīng)用于小型離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的充放電控制。

1閥控式鉛酸蓄電池的充放電原理

為驗(yàn)證模型正確性，本文建立了一個(gè)小型離網(wǎng)型永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)中永磁同步風(fēng)力機(jī)發(fā)出的電能經(jīng)過(guò)整流逆變系統(tǒng)，輸送給用戶。蓄電池則連接于系統(tǒng)直流母線上，在風(fēng)力充足時(shí)儲(chǔ)存系統(tǒng)多余能量，而當(dāng)風(fēng)力不足時(shí)通過(guò)向系統(tǒng)放電來(lái)維持直流母線電壓穩(wěn)定，最終通過(guò)逆變系統(tǒng)向用戶供應(yīng)穩(wěn)定電能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖1中表示儲(chǔ)能設(shè)備，連接于系統(tǒng)直流母線上。

本文利用MATLAB/Simulink軟件建立了上述仿真模型，并從系統(tǒng)有無(wú)儲(chǔ)能裝置對(duì)用戶供電穩(wěn)定性的影響這一角度來(lái)驗(yàn)證仿真結(jié)果的正確性。系統(tǒng)主要參數(shù)見(jiàn)表1。

1.1系統(tǒng)有儲(chǔ)能裝置時(shí)仿真結(jié)果

在5～25 s之間，由于風(fēng)力不足，儲(chǔ)能設(shè)備便開(kāi)始放電，系統(tǒng)直流電壓穩(wěn)定在0.94 kV左右，有效保證了供電的穩(wěn)定性。仿真結(jié)果如圖2所示。

當(dāng)風(fēng)速達(dá)到可以使風(fēng)電機(jī)組保持額定出力時(shí)，應(yīng)同時(shí)向儲(chǔ)能設(shè)備充電，來(lái)保證系統(tǒng)在發(fā)生電壓跌落時(shí)維持電壓穩(wěn)定。儲(chǔ)能設(shè)備充電過(guò)程如圖3所示。

為向用戶提供穩(wěn)定合格電能，在直流電壓達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，通過(guò)空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)控制逆變器，逆變器交流電壓輸出如圖4所示。

逆變器輸出交流電壓峰值為537.5 V，有效值為380 V，頻率工頻。由于逆變器輸出含有高頻諧波分量，因此獲得并不完全平滑的三相交流波形，但不影響用戶正常用電。

1.2風(fēng)機(jī)系統(tǒng)有儲(chǔ)能裝置輸出功率波動(dòng)時(shí)的仿真結(jié)果

儲(chǔ)能裝置在風(fēng)機(jī)輸出功率高于負(fù)荷所需時(shí)，從系統(tǒng)中吸收多余電能，使直流側(cè)母線電壓穩(wěn)定。在風(fēng)機(jī)輸出功率低于負(fù)荷所需時(shí)釋放電能，來(lái)保持直流母線電壓穩(wěn)定。仿真結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，在15～20 s之間時(shí)，風(fēng)機(jī)輸出功率波動(dòng)，導(dǎo)致直流側(cè)母線電壓和輸出功率出現(xiàn)波動(dòng)，由于蓄電池的作用，20 s之后系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。

2結(jié)語(yǔ)

蓄電池模型是離網(wǎng)型小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，本文探索分析研究蓄電池復(fù)雜電化學(xué)現(xiàn)象，成功建立了一個(gè)風(fēng)/柴/儲(chǔ)能的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的閥控式鉛酸蓄電池動(dòng)態(tài)仿真模型，并實(shí)現(xiàn)了在一定精度下控制電池充電和放電的行為。仿真結(jié)果充分表明，構(gòu)建的蓄電池模型符合理論分析，可以成功模擬離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，有效滿足系統(tǒng)輸出電壓穩(wěn)定性要求。

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作者簡(jiǎn)介：

趙鵬（1985），男，碩士研究生，高級(jí)經(jīng)濟(jì)師，內(nèi)蒙古電力集團(tuán)有限責(zé)任公司綜合管理部秘書(shū)一處