飞轮储能对永磁直驱风电机组并网有功功率的平滑控制策略研究

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能跟踪风能最大功率点的大功率直驱并网型低速永磁 同步发电机组是风力发电技术研究的热点之-。永磁直驱同步发电系统具有系统结构简单、风能利用率高、系统噪音低及运行可靠性高等优点，但由于风速的不可预期性和随机性，使风电机组输出的有功功率随风速变化而波动较大 ，且风电场附近电网-般较为薄弱，风电机组输出有功功率的波动会影响风电机组输出的电能质量，引起电网频率波动，甚至带来电网不稳定性问题 。因此，使风电机组在实现最大风能捕获的同时输出较为平滑的有功功率，对提高风电机组并 网运行 的稳定性和电能质量具有重要的意义。

飞轮储能 系统 (Flywheel Energy Storage Sys-tem，FESS)突破 了化学 电池的局限 ，用物理方法实现储能，具有储能密度高、瞬时功率较大、生命周期长、能量转换效率高、对温度变化不敏感及环境友好等优点 。笔者提出在直驱风电机组双PWM变流器直流侧采用飞轮储能系统来实现机组有功功率输出的平滑控制，并给出了平滑功率值的计算方法，建立了采用飞轮储能装置的永磁直驱风电机组仿真模型，在模拟的自然风速条件下进行了仿真，结果证明了所提出的方案对实现风电系统并网有功功率的平滑具有很好的效果 。

1 风电机组输出有功功率平滑控制方案1.1 引入飞轮储能系统的永磁直驱风 电机组基本结构在永磁直驱风电机组直流侧引入飞轮储能系统后，其基本电路结构如图1所示。

在双 PWM变流器 的直流侧接入飞轮储能系统，当能量需要储存时，装置将机组多余的电能转换为机械能储存在飞轮转盘中；当能量需要释放时，装置将飞轮转盘中的机械能转换为电能回馈电网。直流侧采用飞轮储能装置后，原双 PWM变流器的控制策略维持不变。

由能量关系，发电机输出有功功率等于机组的并 网有功功率加上流人飞轮储能装置的有功功率。设系统网侧变流器向电网输出的有功功率为P 、直流侧向飞轮储能系统输送的有功功率为 P，(若为负值则表示能量由飞轮储能系统回馈到机组直流侧 )，发电机输 出的有功功率为 P ，则有 ：P P 十 (1)因此，在计算出并网侧的平滑功率曲线P 后，要使P 按有功功率平滑曲线 P 输出，只需按尸，P -P 对飞轮储能系统进行功率控制即可。

收稿日期：2012-10-24(修改稿)基金项目：上海市教委重点学科建设项目(P1301)；上海市教育委员会重点学科建设项目(J51301)第 2期 梅柏杉等.飞轮储能对永磁直驱风电机组并网有功功率的平滑控制策略研究 151I l： 飞轮储能系统0 - · J图 1 引入飞轮储能 系统的永磁直驱风电系统基本结构1.2 P：的计算方法设机组风力机桨距角为0。，