ESS在风电系统中的应用研究及仿真分析
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的 结构 和控 制 方 式有 关 ， 忽 略 内环控 制 器 动态 响 在
通 常 ， 接 变 压 器 电 阻性 损 耗 Ｒ 很 小 ， 连 当忽 略
风 时 ， （ ） 化 简为 ： 式 ２可
ｐ 一
—
３ ｓ ＶＶ ｉ ｎ卢
ｌ ｆ
应 过程 的条 件 下 ， Ｓ Ｅ Ｓ的功 率调 节 特 性 可采 用 ２个
相互 独立 的一 阶动态 模 型表示 如 下 ：
Ｑ：
Ａ ｌ ｌ
（） ３
＝
一
结 合 图 １和式 （ ） １ 可见 ， ＞ ０时 ， 系统 向 Ｅ Ｓ传 Ｓ
Ｑ＝ 了 ￣ 一１
１
（ ４）
２
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
－
Ｉ
Ｍ
输有 功 ； ０ 系统 向 Ｅ Ｓ传输 无 功 ， Ｅ Ｓ的吸 收 ９ ， Ｓ 即 Ｓ
电压 偏差 △ 作为 反馈 。一般 角频 率 和 系统极 点 模 式 相 关 性 大 ，故 本 文 选 择 储 能 安 装 点 处 角频 率
功 率 交换 ， 可 将 其看 作 一 受控 电源 。设 Ｅ Ｓ与系 故 Ｓ 统 的连 接关 系 如 图 １ 示 。 所
△ 母 线 电压 偏 差 △ 分 别 作 为 有 功 Ｐ 无 功 Ｑ 控 、 、
功 、 功功率 ： 无 Ｔ为 Ｅ Ｓ功率 调 节 时 间 常数 ， 般 为 Ｓ 一 ｍｓ ； ： 别为 Ｅ Ｓ外 环控 制器 输 出 的有 功 、 级 Ｍ、 分 Ｓ 无
囊
鼹 熬 撼
特 别 推 荐
４ Ｃ
＂－ — —
Ｌ
》
见 ， 忽略 系 统母 线 电压 波 动时 ， 、 的大小 和 方 在 Ｑ 向则 由 Ｅ Ｓ转 换装 置 端 口母 线 电压 角 、 确 定 ， Ｓ 因此 Ｅ Ｓ与 系统 间交 换 的有 功 、无 功 功率 Ｑ Ｓ 与
和 有着 确定 关 系 ， 同时 也是 一 一对 应 的 。控 制
、
Ｚ
功 控 制量 ． 按 照一 定 的 函数关 系 映射 成 Ｅ Ｓ换 流 可 Ｓ 器 脉宽 调制 器 的研制 比 和触发 角 。 结 合 选 定 的反 馈 信 号 、 制信 号 ， Ｅ Ｓ的外 控 则 Ｓ
环 Ｐ 控 制器 框 图如 图 ２所 示 。 Ｉ
节 分 析 ， 择 Ｐ Ｑ作 外 环 控 制 信 号 ， 过 功 率 调 节 选 、 通
试 。 而 由于 ＰＤ控 制设 计 理论 成 熟 ， 制器 结 构 简 Ｉ 控
【 ［ ！ ２ ！ ＋ 堡 （ 星 ± ｉ ｊ ・ 二 ！ ２ ｎ ［ ！ ｌ 二 旦
（） １
则 易得 系 统 和 Ｅ Ｓ之 间交 换 的 有 功 和无 功 功 Ｓ
率 为：
单 、 数 少 、 定方 便 ， 参 整 因此在 工业 控 制 系统 中获得 了广泛 应用 。 因此 。 文初 步选 用较 简单 的 Ｐ 控 制 本 Ｉ
在 图 １中 ， Ｖ ＝ ＜ 设 ０为 系统 电压 母 线 向量 ， Ｖ ＝ ＜ 为 Ｅ Ｓ转 换 装 置端 口母 线 电压 向量 ， Ｓ 电
力 系 统与 Ｅ Ｓ之 间 的电流 为 ： Ｓ
， ＝ 一Ｖ
ｌ
一
＋ １ ｊ
（ Ｖ ＣＳ 十Ｖ ｓ 一 Ｖ － Ｏ 卢） ｊ ｉ ｎ Ｒ＋ ｈｊ ｈ
Ｖ， 即可 控 制 Ｅ Ｓ和 系 统 间 交 换 功 率 ， Ｓ 由于 卢和 可独 立控 制 ，因此 、 也 就 可 以 四象 限运 行 。 Ｑ
这也 解 释 了 Ｅ Ｓ能与 系 统独 立 地进 行 四象 限有 功 、 Ｓ
无 功交 换 原理 。对储 能 系统端 口母 线 电压 的 幅值 和 相 角进 行 控制 ， 可增 加 系统 阻尼 ， 抑制 振 荡 。结 合本
图 １ Ｅ Ｓ与 系统 连 接 等 效 电 路 图 Ｓ
制 的反馈 信 号 。 １２ 控制 策 略
随着 Ｅ Ｓ研究的不断深人 。 Ｓ 越来越 多的控制方法 被用到 Ｅ Ｓ的控制研究 当中。目前 ， Ｓ 除了经 典 ＰＤ外 ． Ｉ 非线性 ＰＤ控制 （ Ｌ Ｉ 、 馈线 性化 、 Ｉ Ｎ ＰＤ）反 自适应 、 棒 鲁
１１ 控制 信 号 、 馈信 号 的选取 ． 反
由于Ｅ Ｓ Ｓ 能与 系 统进 行 四象 限有 功功 率 、无功
的控制 ， 就达 到 了相应 的控 制效果 。 通 常认 为有 功和 频率 、 功和 电压 有 着 紧 密 的 无 内在 联 系 。有 功 控制 可选 的反馈 信号 一般 有频率 偏 移 △厂 角 频 率偏 差 △ 机 械功 率 和 电磁 功 率 偏 差 、 、 △ Ｐ中的 １ 或其 他 组合 。无 功控 制 可 直 接选 母 线 种
能 量过 程 。 ＜ ， Ｏ时 ， Ｓ ０Ｑ＜ Ｅ Ｓ向系统输 出有 功和 无
功 ， Ｅ Ｓ 存 储 能量 向系统 释 放过 程 。由式 （ ） 即 Ｓ 将 ３ 可
了
∞
ｍ
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囊曩—０∥ 澎 溪糍
黧 黪 露 凇 溪 磐
式 中 ： 、 分 别 是 Ｅ Ｓ与 电力 系 统 间 交 换 的 有 Ｑ Ｓ
Ｒ ， ｔ ｈ ４ ２ － Ｘｌ
控制、 神经 网络等先进控制方法均用于 Ｅ Ｓ Ｓ 控制当 中。 鲁 棒 、 能 控制 一般 都 有 其 独特 优 点 和 良好 的 智 控 制 性 能 ，但 往往 其控 制 器 结构 和设 计 论 文复 杂 ． 工 程 实现 困难 ， 目前 仅 在 单机 无穷 大 系 统 中有 过 测
器 对 Ｅ Ｓ进 行 控制 。 究 其对 于 改善 风 电系统 电 能 Ｓ 研 质量 的效 果
ｐ 一 ［ ｓ Ｒ＋ ３Ｖ － ｈ ２
（ ｎ － ＩＯ ／ ｌ ￣ Ｒｔ Ｓ３ ｓ ｉ Ｃ ）
Ｒｈ 。＋ ｈ
业
（） ２
Ｅ Ｓ控 制一 般可 分为 内环 控制 和外 环控 制 。本 Ｓ 文仅 讨论 Ｅ Ｓ的外 环控 制 。Ｅ Ｓ数学 模 型与换 流器 Ｓ Ｓ
通 常 ， 接 变 压 器 电 阻性 损 耗 Ｒ 很 小 ， 连 当忽 略
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△ 母 线 电压 偏 差 △ 分 别 作 为 有 功 Ｐ 无 功 Ｑ 控 、 、
功 、 功功率 ： 无 Ｔ为 Ｅ Ｓ功率 调 节 时 间 常数 ， 般 为 Ｓ 一 ｍｓ ； ： 别为 Ｅ Ｓ外 环控 制器 输 出 的有 功 、 级 Ｍ、 分 Ｓ 无
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则 易得 系 统 和 Ｅ Ｓ之 间交 换 的 有 功 和无 功 功 Ｓ
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在 图 １中 ， Ｖ ＝ ＜ 设 ０为 系统 电压 母 线 向量 ， Ｖ ＝ ＜ 为 Ｅ Ｓ转 换 装 置端 口母 线 电压 向量 ， Ｓ 电
力 系 统与 Ｅ Ｓ之 间 的电流 为 ： Ｓ
， ＝ 一Ｖ
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Ｖ， 即可 控 制 Ｅ Ｓ和 系 统 间 交 换 功 率 ， Ｓ 由于 卢和 可独 立控 制 ，因此 、 也 就 可 以 四象 限运 行 。 Ｑ
这也 解 释 了 Ｅ Ｓ能与 系 统独 立 地进 行 四象 限有 功 、 Ｓ
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图 １ Ｅ Ｓ与 系统 连 接 等 效 电 路 图 Ｓ
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随着 Ｅ Ｓ研究的不断深人 。 Ｓ 越来越 多的控制方法 被用到 Ｅ Ｓ的控制研究 当中。目前 ， Ｓ 除了经 典 ＰＤ外 ． Ｉ 非线性 ＰＤ控制 （ Ｌ Ｉ 、 馈线 性化 、 Ｉ Ｎ ＰＤ）反 自适应 、 棒 鲁
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能 量过 程 。 ＜ ， Ｏ时 ， Ｓ ０Ｑ＜ Ｅ Ｓ向系统输 出有 功和 无
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Ｅ Ｓ控 制一 般可 分为 内环 控制 和外 环控 制 。本 Ｓ 文仅 讨论 Ｅ Ｓ的外 环控 制 。Ｅ Ｓ数学 模 型与换 流器 Ｓ Ｓ