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带电网支撑型储能系统的双馈感应风力发电机
DFIG Driven Wind Turbine With Grid Supporting Battery Storage System
| 作者 | Sonam Gupta · Anup Shukla · Mohammad Abusara |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年7月 |
| 技术分类 | 风电变流技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 风力发电 双馈感应发电机 电网电池储能系统 协调控制方案 低电压穿越 |
语言:
中文摘要
随着风能越来越多地并入电网,电网运营商面临诸多挑战,这就需要在停电期间持续进行风力发电以维持系统稳定。电压骤降会对并网双馈感应发电机(DFIG)产生重大影响。因此,将双馈感应发电机与电网电池储能系统(GBSS)相结合,可在公共连接点(PCC)提供必要的有功和无功功率支持,满足低电压穿越(LVRT)要求,并为电网提供其他服务。本文提出并通过实验验证了一种双馈感应发电机的网侧变流器(GSC)与电网电池储能系统之间的协调控制方案。在该方案中,外部控制回路内功率设定点的动态调整会对公共连接点的电压和频率变化做出响应。该控制方案通过双馈感应发电机和电网电池储能系统变流器之间的无缝即插即用功能,为电网提供多种服务。所提出的方法利用电网电池储能系统,实现了显著的电压改善和增强的无功功率注入,同时有效管理定子电压、转子侧变流器电流和直流母线电压的振荡。本研究采用硬件在环(HIL)测试,使用实时数字模拟器(RTDS),并通过功率放大器(PA)将一台2.5千瓦的直流电动机硬件装置模拟为风力发电机进行互联。仿真和实验结果证明了所提出的协调控制方案的有效性,表明该方案在承受电压骤降和负载变化方面对电网工况具有潜在的重要意义。
English Abstract
Grid operators face challenges with the increasing integration of wind energy into electric grids, necessitating uninterrupted wind power generation during outages to maintain system stability. Due to voltage dips there is a significantly impact on grid-connected doubly fed induction generators (DFIGs). Hence, integrating DFIG with grid battery storage system (GBSS) is to provide essential active and reactive power support at the point common coupling (PCC), aligning requirement of low voltage ride through (LVRT), and other services to the electric grid. The article proposes and experimentally validates a coordinated control scheme between the grid side converter (GSC) of the DFIG and the GBSS. In this dynamic adjustment of power set points within the outer control loop responds to voltage and frequency changes at the PCC. The control scheme facilitates multiple services to grid by seamless plug-and-play functionality between DFIG and GBSS converters. The proposed method, utilizing GBSS, achieves significant voltage improvement and enhanced reactive power injection, while effectively managing stator voltage, rotor-side converter current, and dc link voltage oscillations. The study incorporates hardware-in-the-loop (HIL) testing using real-time digital simulator (RTDS) with hardware setup of 2.5 kW dc motor emulating a wind turbine interconnected via power amplifier (PA). Simulation and experimental results demonstrate the effectiveness of proposed coordinated control scheme indicating its potential significance in grid conditions by withstanding voltage dips and load variations.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,本文提出的DFIG与电网侧储能系统协调控制方案具有重要的技术借鉴价值。虽然研究聚焦于风电领域,但其核心技术理念与我司在光伏逆变器与储能系统集成方面的战略布局高度契合。
该方案的核心价值在于通过协调控制实现了发电侧变流器(GSC)与储能变流器的无缝协同,在电网电压跌落时提供有功和无功功率支撑,满足低电压穿越(LVRT)要求。这一技术路径与我司"1+X"模块化逆变器与储能系统融合方案存在技术共性。特别是其动态调整功率设定点响应电网频率和电压变化的外环控制策略,可直接应用于我司大型地面光伏电站的一次调频和电压支撑功能优化,提升电网友好性。
从技术成熟度评估,该研究已完成HIL硬件在环测试和RTDS实时仿真验证,技术可行性较高。其即插即用的协调控制架构与我司推行的模块化、智能化产品理念相符,有助于降低系统集成复杂度。然而,论文基于2.5kW小功率平台验证,向MW级工业应用扩展时需解决功率器件热管理、电磁兼容性和多机并联稳定性等工程化挑战。
对于阳光电源而言,该技术带来的机遇在于:可增强我司储能变流器PCS产品在电网侧应用场景的竞争力,特别是在风光储多能互补项目中实现跨技术平台的控制协同;同时为我司正在拓展的虚拟电厂和电网辅助服务业务提供算法支撑。建议跟踪该领域最新进展,评估将相关控制策略集成到我司SG3125HV等大型储能系统的可行性。