【文章內(nèi)容簡介】 。 ? ?? ??4040 ,),( i jjijipC ????? （ ） 簡單含風機系統(tǒng)的建模 為了更好的研究風電對系統(tǒng)的影響，本次使用 PSASP 建模一個簡單的含風機 4 機電力系統(tǒng)，并對其進行暫態(tài)分析，風力擾動類型設(shè)置為陣風擾動，觀察其暫態(tài)輸出結(jié)果，并分析結(jié)果得出結(jié)論。 首先設(shè)計出仿真模型如圖 23 所示： 圖 23 含風機的 4 機簡單電力系統(tǒng)仿真模型 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 10 其中發(fā)電 1 為平衡機，發(fā)電 3 為雙饋直驅(qū)風力發(fā)電機。 對該系統(tǒng)設(shè)置節(jié)點擾動，擾動設(shè)為風力發(fā)電機的陣風擾動如圖 24 所示： 圖 24 風里擾動設(shè)置類型 其暫態(tài)穩(wěn)定結(jié)果如圖 25 所示： 圖 25（ a） 母線 1 電壓暫態(tài)結(jié)果 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 11 圖 25（ b） 母線 2 電壓暫態(tài)結(jié)果 圖 25（ c） 母線 3 電壓暫態(tài)結(jié)果 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 12 圖 25（ d） 母線 4 電壓暫態(tài)結(jié)果 圖 25（ e） 母線 7 電壓暫態(tài)結(jié)果 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 13 圖 25（ f） 母線 9 電壓暫態(tài)結(jié)果 圖 25（ g） 發(fā)電機 1 有功暫態(tài)結(jié)果 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 14 圖 25（ h） 發(fā)電機 2 有功暫態(tài)結(jié)果 圖 25（ i） 發(fā)電機 3 有功暫態(tài)結(jié)果 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 15 圖 25（ j） 發(fā)電機 4 有功暫態(tài)結(jié)果 圖 25 風電系統(tǒng)陣風擾動暫態(tài)結(jié)果 分析以上暫態(tài)結(jié)果可得：前 5 秒系統(tǒng)正常運行，故各母線電壓和傳輸?shù)挠泄Αo功功率均為正常恒定值，當風電機 5 秒發(fā)生陣風擾動時，各母線電壓和傳輸功率發(fā)生大幅度改變，并且是整個系統(tǒng)的有功和電壓均發(fā)生變化，使系統(tǒng)偏離正常運行狀態(tài)，并且在 20 秒后陣風擾動結(jié)束一段時間后才能恢復(fù)到正常狀態(tài)。 可見風電機的不穩(wěn)定性對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量帶來較大的影響，故因采取措施來盡量減小風電對電力系統(tǒng)的影響。下章將簡單介紹儲能裝置及其原理，并利用數(shù)學推導，分析其在風電 系統(tǒng)中的使用方法。 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 16 第三章 儲能裝置介紹及原理 儲能裝置簡介 近幾十年來，電能存儲技術(shù)的研究和發(fā)展一直受到各國能源、交通、電力、電訊等部門的重視。電能的存儲是伴隨著電力工業(yè)發(fā)展一直存在的問題，其實到現(xiàn)在為止也沒有一種非常完美的儲能技術(shù)，但經(jīng)過幾代科學家的努力，一些比較成熟的儲能技術(shù)在各行各業(yè)發(fā)揮著重要的作用。儲能的優(yōu)點有很多，節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟。比如火電廠要求以額定負荷運行，以維持較高的能源轉(zhuǎn)換效率和品質(zhì)，但用電量卻隨時間變化，如果有大容量、高效率的電能存儲技術(shù)對電力系統(tǒng)進行調(diào)峰，對電廠的穩(wěn)定運行和節(jié) 能是至關(guān)重要的。另外，由于分布式發(fā)電在電網(wǎng)中所占的比例越來越高，基于系統(tǒng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟性的考慮，分布式發(fā)電系統(tǒng)要存儲一定數(shù)量的電能，用以應(yīng)付突發(fā)事件。隨著電力電子學、材料學等學科的發(fā)展，現(xiàn)代儲能技術(shù)已經(jīng)得到了一定程度的發(fā)展，在分布式發(fā)電中已經(jīng)起到了重要作用。 在新能源技術(shù)快速發(fā)展的大背景下，如果能在風力發(fā)電中都配備有儲能裝置，首先，通過儲能元件對機組的出力曲線進行調(diào)整，可以解決風力發(fā)電自身出力隨機性、不可控的問題，減小風力變化對電網(wǎng)的沖擊；其次，可以在電力充沛時儲存電能，在負荷高峰時釋放電能，達到削峰填谷、減 少系統(tǒng)備用需求的作用。儲能與大容量風力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)合是可再生能源的重要組成部分。風力發(fā)電系統(tǒng)儲能裝置的作用是在風力強時，除了通過風力發(fā)電機組向負荷供電外，將多余的風能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量在儲能裝置中儲存起來在風力弱或無風時，再將儲能裝置中儲存的能量釋放出來并轉(zhuǎn)換為電能，向負荷供電。通過對來自可再生能源的電能的儲存與釋放，將會使廉價的不穩(wěn)定的能源變成穩(wěn)定的具有較高價值的產(chǎn)品。此外，電網(wǎng)負荷有高峰和低谷特性，電力系統(tǒng)的負荷有峰有谷，用電能儲存系統(tǒng)調(diào)節(jié)電力負荷很有必要。尤其在風力發(fā)電廠，由于風有時候起，有時候停，所以高效、安全、可行性高的儲能方法和裝置對于風力發(fā)電場顯得尤為重要。 此外，電池儲能技術(shù)為解決電力供應(yīng)鏈的燃料、發(fā)電、輸電、配電和用電等問題、實現(xiàn)電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展提供了全新的途徑。近年來隨著國家節(jié)能減排政策的完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 17 實施，儲能已經(jīng)逐漸成為電力生產(chǎn)的第六環(huán)節(jié)。電力系統(tǒng)引入儲能環(huán)節(jié)后，可以有效地實現(xiàn)需求側(cè)管理，消除晝夜間峰谷差，平滑負荷，不僅可以更有效地利用電力設(shè)備，降低供電成本，還可以促進可再生能源的應(yīng)用，也可作為提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、調(diào)整頻率、補償負荷波動的一種手段。 各種儲能系統(tǒng)的特點 儲能具體類型有很多種， 單都可按照儲能機理而歸為以下三類：（ 1）物理儲能：抽水儲能、壓縮儲能、飛輪儲能（ FES）；（ 2）化學儲能：主要指各種化學電池，如蓄電池儲能（ B 儲能裝置），液流電池，鈉硫電池；（ 3）電儲能：超導磁儲能（ SMES），超級電容器儲能（ SC）。 各種儲能類型都有其顯著特點和應(yīng)用場合，目前在電力系統(tǒng)中研究和應(yīng)用較多的主要有以下幾種：抽水儲能、飛輪儲能、電池儲能、超導磁儲能。 抽水儲能：可儲存的能量非常巨大，一般用于調(diào)峰填谷、事故備用，常建成大型電站形式，故工程建設(shè)周期長、造價和運行管理成本高。目前我國已建成（或在建） 抽水蓄能站已較多，容量較大的有廣州抽水蓄能電站、北京十三陵、浙江天荒坪，總裝機分別達 240 萬 KW、 80 萬 KW、 180 萬 KW，已產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。 飛輪儲能：通過控制飛輪在電動 /發(fā)電二者之間切換，使之與系統(tǒng)進行能量交換。采用軸承磁懸浮技術(shù)，并運行于真空環(huán)境下，故效率高，損耗低，使用壽命長，無環(huán)境污染。但系統(tǒng)組成和控制較為復(fù)雜，造價高。 電池儲能：研究和工業(yè)化應(yīng)用最早的儲能方式。近些年，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，可通過變流技術(shù)使電池和交流系統(tǒng)進行能量交換，因此 B 儲能裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越多。如發(fā)電廠使 用的大容量不間斷電源 UPS（ Uninterruptible Power Supply），利用 B 儲能裝置阻尼低頻振蕩、改善并網(wǎng)風電場的電能質(zhì)量和穩(wěn)定性。電池儲能成本低、可存儲容量大、體積小。其主要不足是：能量轉(zhuǎn)化效率不高，充放電回路復(fù)雜，充電時間長達十幾小時，使用壽命短，由于電池中一般含有鉛等重金屬，有環(huán)境污染。 超導磁儲能：基于超導技術(shù)，幾乎無損耗，效率高達 95%，可長期重復(fù)儲存完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 18 能量。此外，響應(yīng)速度非?？?，一般為 ms 級，對提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性具有明顯優(yōu)勢。其不足在于：受超導技術(shù)限制，難以制造大容量的儲能裝置， 超導材料昂貴，裝置造價高，經(jīng)濟型差。 不同的儲能類型，其效率、儲能容量、循環(huán)壽命等技術(shù)參數(shù)都不盡相同，表31 總結(jié)了各種儲能方式的參數(shù)： 表 31 不同的儲能裝置類型技術(shù)的參數(shù)比較 物理儲能 電儲能 化學儲能 抽水儲能 飛輪儲能 壓縮氣體 電容器儲能 超導儲能 電池儲能 轉(zhuǎn)換效率 60% 90% 50% 90% 95% 70% 儲能容量 高 高 高 高 高 中 儲能密度 中 大 中 大 大 小 充電時間 小時 分鐘 小時 小時 小時 小時 循環(huán)壽命 幾千 無限 幾千 幾千 無限 幾百 環(huán) 境影響 極大 良好 極大 大 很好 大 事故后果 高 低 中 中 高 中 可用化 已用 開發(fā)中，少量已用 已用 已用 開發(fā)中 已用 當儲能系統(tǒng)應(yīng)用于具體領(lǐng)域時，從運行和經(jīng)濟角度都對其提出了技術(shù)要求。美國能源部（ Department of Energy,DOE）的儲能裝置專家們經(jīng)過一致討論，針對發(fā)電、輸配電、用戶側(cè)等應(yīng)用需求，制定出了不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)δ苎b置的幾種典型技術(shù)參數(shù)要求，如表 32 所示： 表 32 不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)δ苎b置技術(shù)參數(shù)要求 應(yīng)用場合 功率 儲能時間 （分鐘） 交 流 電壓 （ kV） 體 積尺寸 （重要性） 可移植性 （重要性） 特殊要求 發(fā) 電 側(cè) 快速備用 10100MW 10100 10100 中 低 無 區(qū)域控制及 頻率響應(yīng)備用 10100MW 充放周期 10 10100 低 低 無 削峰填谷 1100MW 1001000 101000 中 可忽略 諧波影響 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 19 輸 電 側(cè) 系統(tǒng)穩(wěn)定性 10100MVA 101000 中 低 無 電壓控制 110Mvar 10100 10100 中 高 安全性 用 戶 側(cè) 用戶能量管理 10100 高 不定 安全性 可再生 能源管理 不定 高 高 惡 劣 環(huán) 境如 酷暑、冰凍 電能質(zhì)量 和可靠性 高 不定 安全性 應(yīng)用儲能裝置抑制系統(tǒng)不穩(wěn)定原理分析 由于不同的儲能裝置盡在儲能類型和方式上有區(qū)別，而同電力系統(tǒng)的接口基本相同，故本節(jié)將先不分儲能類型而對儲能裝置抑制頻率振蕩的原理進行總體研究，即對儲能裝置進行“黑箱”處理，只關(guān)注其端口變量，而忽略內(nèi)部結(jié) 構(gòu)。在設(shè)計控制器時，再針對儲能裝置建立數(shù)學模型。 為簡化推導過程，設(shè)含儲能裝置的單機無窮大系統(tǒng)，如圖 31 所示： 儲 能 系 統(tǒng).gVtx lx.sV.rV.esVltx.aI.lI .esI 圖 31 含儲能裝置的簡單電力系統(tǒng) 由圖 34 結(jié)合電路原理，可得到儲能系統(tǒng)安裝母線處電壓 . SV 有： .. . 11srjV V x I?? () 完整源代碼及整套相關(guān)文件 68661508，完整電路設(shè)計圖紙，程序設(shè)計源代碼請聯(lián)系本人，參見備注和信息。 20 線路電流 .lI 可由 KCL 得： ... . . .s esl a e s altVVI I I I jx?? ? ? ? （ ） 由（ ）、（ ）式，并整理可得到： . . . .l l t l ls e s ral t l l t l l t ljx x x xV I V Vx x x x x x? ? ?? ? ? （ ） 則發(fā)電機機端電壓 .gV 滿足： . . .sg t aV V jx I?? . . . .l l t l l te s ra t al t l l t l l t ljx x x xI V V jx Ix x x x x x? ? ? ?? ? ? . . .()l l t l l te s rtal t l l t l l t lx x x xj x I V Vx x x x x x? ? ? ?? ? ? （ ） 令： l lttlt lxxxxxx???， llt lxk xx? ? ltlt lxp xx? ? ， . . .es rV k V pV?? （ ） 結(jié)合（ ）、（ ）式可得，機端電壓 .gV ： . . .gaV V jx I?? （ ） 設(shè)發(fā)電機模型用暫態(tài)電抗后的電勢 .39。E 及電抗 39。dx 描述，并用 .39。E 的相位代替轉(zhuǎn)子 q 的方