面向风电低电压穿越的SMES-FCL控制策略与容量优化

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双馈异步发电机系统是近年来应用最广泛的并网型风力发电系统,但存在低电压穿越能力弱和输出功率不稳定两大问题。由于超导储能—限流系统(SMES-FCL)具备储能和限流的双重功能,稳态时可通过SMES快速储能的功能平抑风电功率波动,系统故障时可结合SFCL限流的作用减小常规SMES改善低电压穿越所需储能容量,提高超导磁体利用率,为提高风电系统并网能力提供了新思路。本文围绕SMES-FCL提高风电低电压穿越的相关问题进行研究。针对双馈异步发电机的低电压穿越问题,建立适用于低电压特性分析的电磁暂态模型,研究电网发生不同故障工况时双馈风电机组的动态特性。结合低电压穿越技术要求,从适用性和经济性等方面对现有的低电压穿越方案对比分析,提出进行SMES-FCL的控制策略与容量优化研究。首先,研究SMES-FCL应用于双馈风电并网系统的配置方式和工作特性,针对双馈风电系统的时变性以及SMES-FCL的非线性特性,提出将模糊PI控制策略引入SMES-FCL的变流器控制系统,并实现与斩波器的协调控制。在MATLAB/Simulink环境下建立含SMES-FCL的双馈风电并网系统仿真模型,分别对电网正常运行和外部短路故障多种场景进行仿真分析,验证了所提出的控制策略不仅能改善双馈风电机组并网的输出功率平稳问题,还能改善其低电压穿越能力。针对SMES-FCL磁体初始储能容量优化问题,本文提出用于评价双馈风电系统低电压穿越能力的并网点电压偏移量指标,建立基于风电系统并网稳定性和经济性的SMES-FCL磁体储能容量优化模型,采用带精英策略的NSGA-Ⅱ算法求解得到符合研究目标的容量优化方案。
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