畢業(yè)設(shè)計(jì)-新能源分布式發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)相關(guān)基礎(chǔ)研究-能量管理策略

題目：新能源分布式發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)相關(guān)根底研究-能量管理策略研究系別：專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：職稱：摘要以風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電為代表的間歇性可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出存在不連續(xù)，不穩(wěn)定，隨氣候變化而變化的特點(diǎn)，新能源在電網(wǎng)中比重的增加的今天，會(huì)對(duì)同步系統(tǒng)產(chǎn)生許多負(fù)面影響。儲(chǔ)能技術(shù)為間歇性可再生能源系統(tǒng)提供了能量緩沖、平衡和后備的手段，是改善間歇性可再生能源利用的有效途徑。在各種儲(chǔ)能技術(shù)中，鉛酸蓄電池依靠其技術(shù)成熟、可靠性高、本錢較低；超級(jí)電容器具有功率密度大、充電能量密度高的優(yōu)點(diǎn)，適合大電流和短時(shí)間充放電的場(chǎng)合；本文將主要圍繞鉛酸蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)和超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)在間歇性可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)應(yīng)用展開研究。在分析電壓源電子電力變換器蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)根本原理的根底上，建立其數(shù)學(xué)模型，為實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組有功功率輸出和穩(wěn)定性控制的提高，提出控制策略。在串并聯(lián)型超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)原理上，建立其數(shù)學(xué)模型，提出串聯(lián)和并聯(lián)補(bǔ)償控制器調(diào)節(jié)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率不穩(wěn)定問題。仿真結(jié)果說明可以提高風(fēng)電機(jī)在網(wǎng)絡(luò)故障的穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；儲(chǔ)能技術(shù)；超級(jí)電容器；控制策略；新能源ABSTRACTWithwindpower,solarphotovoltaicpowergenerationasarepresentativeofintermittentrenewableenergypowersystemofpoweroutputexistence,unstable,withdiscontinuouscharacteristicsofclimatechangeandchangeinpowergrid,newenergyresources,increasetheproportionofsynchronizationsystemstodaywillproducemanynegativeimpacts.Storagetechnologyforintermittentrenewableenergysystemprovidestheenergybuffer,balanceandbackupmeans,improveintermittentrenewableenergyuseinaneffectiveway.Invariousstoragetechnology,dependingonitsmaturetechnologyoflead-acidbatteries,highreliabilityandlowcost;Supercapacitorshavepowerdensities,chargingtheadvantagesofhigherenergydensity,suitableforlargecurrentandshorttimecharge-dischargecircumstance;Thispaperwillfocusonlead-acidbatteryenergystoragetechnologyandsupercapacitorstoragetechnologyinintermittentrenewablepowergenerationsystemontherelatedapplications.Ontheanalysisofthevoltagesourceelectronicpowerconverterbatteryenergystoragesystem,basedonthebasicprincipleofestablishingitsmathematicalmodelfortherealizationofthewindgeneratoractivepoweroutputandstabilitycontrol,thispaperputsforwardtheimprovingcontrolstrategy.Inparallelconnectiontypesupercapacitorenergystoragesysteminprinciple,establishmentofthemathmodel,andputsforwardsomeseriesandparallelcompensatingcontrolleradjustwindfarmoutputpowerunstableproblem.Simulationresultsshowthatthenetworkcanimprovethewindelectricalfaultstability.Keywrds:WindPower；EnergyStorage;Supercapacitor;ControlStrategy;Newenergy.目錄TOC\o"1-3"\h\u29471摘要 I22068ABSTRACT II211611緒論 16741.1課題研究背景 1326081.2可再生能源發(fā)電概述 2115451.2.1全球可再生能源概況 267251.2.2中國(guó)可再生能源概況 223451.3微網(wǎng)的研究現(xiàn)狀 333131.3.1概述 3299961.3.2北美的微網(wǎng)研究 3294271.3.3歐盟的微網(wǎng)研究 3252541.3.4日本的微網(wǎng)研究 4294821.4儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 447951.5論文的主要工作與章節(jié)安排 6125082大規(guī)模間歇性可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的建模 8203312.1引言 8313862.2大規(guī)模間歇性可再生能源井網(wǎng)面臨的主要挑戰(zhàn) 8203242.3風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特性分析 9197642.4恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真 986192.4.1風(fēng)電機(jī)組動(dòng)力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 9131212.4.2異步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型 10101062.4.3風(fēng)電場(chǎng)等值 1136012.4.4算例仿真與分析 1156212.5光伏發(fā)電系統(tǒng)的特性分析 12314872.6單相戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真 1317072.6.1光伏電池的建模 13247012.6.2單相逆變器的控制策略 1353723儲(chǔ)能元件的特性分析及其等效模型 14185093.1引言 14143033.1.1常用的儲(chǔ)能電池 1463453.2鉛酸電池儲(chǔ)能原理 14170493.2.1儲(chǔ)能電池的應(yīng)用前景 1533713.3鉛酸電池的建模 1531703.3.1鉛酸電池的等效電路模型 1633653.4超級(jí)電容器的特性分析 18180093.4.1超級(jí)電容器的分類： 19323263.4.2超級(jí)電容器主要優(yōu)點(diǎn)： 20159823.4.3超級(jí)電容器的應(yīng)用 20142373.5雙電層超級(jí)電容器的等效電路模型 2127623.6小結(jié) 22209954雙向DC/DC變換器及控制 238394.1引言 23161604.2三全橋DC/DC變換器拓?fù)?23121184.2.1三全橋主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 23315854.2.2變換器等效電路 24269874.2.3三全橋DC/DC變換器能量流動(dòng)和控制方式 26287314.3DC/DC變換器的控制策略 27211674.3.1TAB變換器電流內(nèi)環(huán)解耦設(shè)計(jì) 28188404.3.2電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 29244574.4小結(jié) 31260065儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理策略與實(shí)現(xiàn) 3278615.1引言 3219705.2串并聯(lián)型儲(chǔ)能系統(tǒng)工作原理 32279385.3串并聯(lián)型超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 338475.4變換器的控制 34138875.4.1并聯(lián)補(bǔ)償變換器的控制 3487595.4.2串聯(lián)補(bǔ)償變換器的控制 35246765.5系統(tǒng)仿真與分析 35118585.5.1儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定性的提高 37161555.6本章小結(jié) 3885026總結(jié)與展望 39289156.1總結(jié) 39177316.2有待進(jìn)一步開展的研究工作 3919629致謝 4031886參考文獻(xiàn) 411緒論1.1課題研究背景人類社會(huì)的存在和開展離不開能源，隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的開展，全球能源的需求量必然繼續(xù)增加，伴隨著化石能源的大量使用，環(huán)境污染和能源枯竭將會(huì)嚴(yán)重影響社會(huì)的開展。隨著世界能源危機(jī)的日益嚴(yán)重以及公眾對(duì)于改善生態(tài)環(huán)境要求的日益高漲，能源獲取更多的注意力集中在可再生能源的開發(fā)與利用上。在可再生能源當(dāng)中，太陽(yáng)能和風(fēng)能是目前應(yīng)用比較廣泛的兩種新能源。太陽(yáng)能、風(fēng)能與其它常規(guī)能源相比在利用上有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)[-]：如取之不盡，用之不竭；就地可取，不需要運(yùn)輸；分布廣泛，分散使用，不污染環(huán)境，不破壞生態(tài)；周而復(fù)始，可以再生等，盡管它們?cè)诶蒙嫌幸陨系膬?yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在以下的弊端：如能量密度低，隨天氣和氣候變化出現(xiàn)間隙性、隨機(jī)性等不穩(wěn)定現(xiàn)象，因此在大規(guī)模開發(fā)利用風(fēng)、光等新能源還有很多的問題需要研究?，F(xiàn)階段對(duì)風(fēng)、光發(fā)電的研究主要集中在底層發(fā)電設(shè)備的研制與控制、系統(tǒng)仿真、單獨(dú)風(fēng)力發(fā)電或單獨(dú)光伏發(fā)電的控制。當(dāng)然這有市場(chǎng)的，也有技術(shù)的原因造成的結(jié)果。隨著儲(chǔ)能技術(shù)的開展，特別是大容量，高性價(jià)比的儲(chǔ)能電池的出現(xiàn)將打破這個(gè)現(xiàn)象。風(fēng)光儲(chǔ)的發(fā)電模式將成為新能源利用的最有效模式。合理的能量管理控制系統(tǒng)不僅能夠提高發(fā)電系統(tǒng)的平安性、穩(wěn)定性，保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，而且能夠充分保護(hù)發(fā)電設(shè)備，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，使風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電成為一種穩(wěn)定可靠的綠色能源。分布式電源及儲(chǔ)能裝置等新能源設(shè)備大量接入，是“低碳”經(jīng)濟(jì)開展模式下配網(wǎng)開展的必然之路，我國(guó)配電網(wǎng)建設(shè)相對(duì)落后，配網(wǎng)的開展進(jìn)程與其需求相比存在較大的差距。當(dāng)前的配電網(wǎng)絡(luò)，無(wú)論在一次結(jié)構(gòu)還是二次監(jiān)控等方面，對(duì)上述新能源設(shè)備的接入還缺乏系統(tǒng)的考慮，根本不具備相關(guān)技術(shù)條件或缺少技術(shù)手段全面評(píng)估上述新設(shè)備大規(guī)模接入對(duì)電網(wǎng)的影響。為此，有必要盡快體系化地開展新能源設(shè)備仿真技術(shù)研究，為解決未來配電網(wǎng)的開展提供技術(shù)支撐平臺(tái)。開展新能源設(shè)備物理建模技術(shù)研究，重點(diǎn)研究光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、儲(chǔ)能設(shè)備等元件級(jí)建模技術(shù)研究，基于實(shí)際物理模型或?qū)嶋H裝置端口特性為大型智能配電網(wǎng)的建立奠定理論與實(shí)踐根底，為深入研究新能源接入對(duì)系統(tǒng)的影響提供技術(shù)支持。1.2可再生能源發(fā)電概述能源是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)開展的重要物質(zhì)根底。自工業(yè)革命以來全球煤炭、石油、天然氣等化石能源資源消耗迅速，生態(tài)環(huán)境不斷惡化，特別是溫室氣體排放導(dǎo)致日益嚴(yán)峻的全球氣候變化，人類社會(huì)的可持續(xù)開展受到嚴(yán)重威脅?？稍偕茉窗ㄋ?、生物質(zhì)能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿?，資源潛力大，環(huán)境污染低，可永續(xù)利用，是有利于人與自然和諧開展的重要能源。上世紀(jì)70年代以來，可持續(xù)開展思想逐步成為國(guó)際社會(huì)共識(shí)，可再生能源開發(fā)利用受到世界各國(guó)高度重視，各國(guó)將開發(fā)利用可再生能源作為能源戰(zhàn)略的重要組成局部，提出了明確的可再生能源開展目標(biāo)，制定了鼓勵(lì)可再生能源開展的法律和政策，可再生能源得到迅速開展。全球可再生能源概況2005年，全球可再生能源市場(chǎng)增長(zhǎng)迅猛。據(jù)估計(jì)，全球大水電新增裝機(jī)1200萬(wàn)-1400萬(wàn)千瓦，中國(guó)新增700萬(wàn)千瓦位居首位，巴西和印度分別以2.4GW和1.3GW的新增裝機(jī)容量列第二和第三位。不計(jì)算大水電，2005年全球可再生能源發(fā)電總裝機(jī)容量已上升至1.82億千瓦(182GW)，比2004年〔1.6億千瓦,160GW〕增加了2200萬(wàn)千瓦〔排名前六位的國(guó)家分別是中國(guó)〔4200萬(wàn)千瓦〕、德國(guó)〔2300萬(wàn)千瓦〕、美國(guó)〔2300萬(wàn)千瓦〕、西班牙〔1200萬(wàn)千瓦〕、印度〔700萬(wàn)千瓦〕和日本〔600萬(wàn)千瓦〕。印度可再生能源裝機(jī)容量首次超過了日本。開展中國(guó)家的可再生能源裝機(jī)容量從7000萬(wàn)千瓦上升到了8000萬(wàn)千瓦，以中國(guó)〔主要是小水電〕和印度〔風(fēng)能〕的增長(zhǎng)最多，占全球裝機(jī)總量的比例與2004年持平，保持在44%左右。如果將大水電計(jì)算在內(nèi)，2005年可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量到達(dá)了9.3億千瓦(930GW)。中國(guó)可再生能源概況中國(guó)除了水能的可開發(fā)裝機(jī)容量和年發(fā)電量均居世界首位之外，太陽(yáng)能、風(fēng)能和生物質(zhì)能等各種可再生能源資源也都非常豐富。中國(guó)太陽(yáng)能較豐富的區(qū)域占國(guó)土面積的2／3以上，年輻射量超過6000MJ／㎡，每年地表吸收的太陽(yáng)能大約相當(dāng)于1.7萬(wàn)億tce的能量；風(fēng)能資源量約為32億kW，初步估算可開發(fā)利用的風(fēng)能資源約10億kW，按德國(guó)、西班牙，丹麥等風(fēng)電開展迅速的國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行類比分析，中國(guó)可供開發(fā)的風(fēng)能資源量可能超過30億kW；海洋能資源技術(shù)上可利用的資源量估計(jì)約為4億-5億kW；地?zé)豳Y源的遠(yuǎn)景儲(chǔ)量為1353億tce，探明儲(chǔ)量為31.6億tce；現(xiàn)有生物質(zhì)能源包括：秸稈、薪柴、有機(jī)垃圾和工業(yè)有機(jī)廢物等，資源總量達(dá)7億tce，通過品種改進(jìn)和擴(kuò)大種植，生物能的資源量可以在此水平再翻一番?？傊袊?guó)可再生能源資源豐富，具有大規(guī)模開發(fā)的資源條件和技術(shù)潛力，可以為未來社會(huì)和經(jīng)濟(jì)開展提供足夠的能源，開發(fā)利用可再生能源大有可為。2006年底，中國(guó)可再生能源年利用量總計(jì)為2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，〔不包括傳統(tǒng)方式利用的生物質(zhì)能〕，約占中國(guó)一次能源消費(fèi)總量的8%，比2005年上升了0.5個(gè)百分點(diǎn)，這為2010年可再生能源占全國(guó)一次性能源10%的目標(biāo)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。1.3微網(wǎng)的研究現(xiàn)狀概述隨著經(jīng)濟(jì)的高速開展和能耗的日益增加，各國(guó)的電力工業(yè)面臨著一系列前所未有的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：能源危機(jī)、系統(tǒng)老化、污染問題、一次能源匱乏、能源利用率低以及用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求高等。微網(wǎng)在DGS的高效應(yīng)用以及靈活、智能控制方面表現(xiàn)出極大的潛能和優(yōu)勢(shì)，成為很多興旺國(guó)家開展電力行業(yè)、解決能源問題的主要戰(zhàn)略之一。目前，北美、歐盟、日本等已加快進(jìn)行微網(wǎng)的研究和調(diào)試，并根據(jù)各自的能源政策和電力系統(tǒng)的現(xiàn)有狀況，提出了具有不同特色的微網(wǎng)概念和開展規(guī)劃。北美的微網(wǎng)研究CERTS最早提出微網(wǎng)的概念，其也是所有微網(wǎng)概念中最具代表性的一個(gè)。CERTS對(duì)微網(wǎng)的主要思想和關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了詳細(xì)地概述，說明CERTS微網(wǎng)有靜態(tài)開關(guān)和自治微型電源2個(gè)主要部件，并系統(tǒng)闡述了微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、控制方式、繼電保護(hù)以及經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)等相關(guān)問題。目前，美國(guó)CERTS微網(wǎng)的初步理論和方法已在美國(guó)電力公司W(wǎng)alnut微網(wǎng)測(cè)試基地得到了成功驗(yàn)證。由美國(guó)北部電力系統(tǒng)承接的MadRiver微網(wǎng)是美國(guó)第一個(gè)微網(wǎng)示范性工程，微網(wǎng)的建模和仿真方法、保護(hù)和控制策略以及經(jīng)濟(jì)效益在此工程中得到了驗(yàn)證，關(guān)于微網(wǎng)的管理?xiàng)l例和法規(guī)得到了完善，因此MadRiver微網(wǎng)成為美國(guó)微網(wǎng)工程的成功范例。同時(shí)美國(guó)能源部制訂了“Grid2030”開展戰(zhàn)略，即以微網(wǎng)形式整合和利用微型分布式發(fā)電系統(tǒng)的階段性方案，詳細(xì)闡述了今后微網(wǎng)的開展規(guī)劃。此外，加拿大BC和Quebec兩家水電公司已經(jīng)開始開展微網(wǎng)示范性工程的建設(shè)，測(cè)試微網(wǎng)的主動(dòng)孤網(wǎng)運(yùn)行狀況，旨在通過合理地安置獨(dú)立發(fā)電裝置改善用戶側(cè)供電可靠性。歐盟的微網(wǎng)研究從電力市場(chǎng)自身需求、電能平安供給以及環(huán)境保護(hù)等方面綜合考慮，歐洲在2005年提出了“智能電網(wǎng)”的方案，并在2006年出臺(tái)了該方案的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案。作為歐洲2020年及后續(xù)電力的開展目標(biāo)，該方案指出未來歐洲電網(wǎng)應(yīng)具有靈活、可接入、可靠和經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。為此，歐洲提出要充分使用DGS、智能技術(shù)、先進(jìn)的電力電子技術(shù)等實(shí)現(xiàn)集中式供電與分布式發(fā)電的高效整合，積極鼓勵(lì)獨(dú)立運(yùn)營(yíng)商和發(fā)電商參與電力市場(chǎng)交易，快速推進(jìn)電網(wǎng)技術(shù)的開展。微網(wǎng)必將成為歐洲未來電網(wǎng)開展的重要組成局部。目前，歐盟主要資助和推進(jìn)“Microgrids”和“MoreMicrogrids”2個(gè)微網(wǎng)工程，通過拓展和開展微網(wǎng)概念，增加微型發(fā)電裝置的滲透率，初步形成微網(wǎng)的運(yùn)行、控制、保護(hù)、平安以及通信等根本理論，希臘、德國(guó)、西班牙等國(guó)家建立了不同規(guī)模的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室。德國(guó)太陽(yáng)能研究所建成的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的規(guī)模最大，容量到達(dá)200kVA，該研究所還在其實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上設(shè)計(jì)安裝了簡(jiǎn)單的能量管理系統(tǒng)。歐盟對(duì)微網(wǎng)的研究主要集中在可再生微型發(fā)電系統(tǒng)的控制策略和微網(wǎng)的規(guī)劃、多微網(wǎng)管理運(yùn)行優(yōu)化工具的研發(fā)和技術(shù)、商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)的制定、示范性微網(wǎng)測(cè)試平臺(tái)的推廣、電力系統(tǒng)運(yùn)行性能的綜合評(píng)估等，這些可為DGS和可再生能源系統(tǒng)大規(guī)模并入微網(wǎng)以及傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過渡提供條件。日本的微網(wǎng)研究日本根據(jù)本國(guó)資源日益缺乏、負(fù)荷需求增長(zhǎng)迅速的開展現(xiàn)狀，開展了微網(wǎng)的研究。目前，日本已在國(guó)內(nèi)建立了多個(gè)微網(wǎng)工程。近年來，可再生能源和新能源一直是日本電力行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)之一，新能源與工業(yè)技術(shù)開展組織大力支持一系列微網(wǎng)示范性工程，并鼓勵(lì)可再生和分布式發(fā)電技術(shù)在微網(wǎng)的應(yīng)用。日本在微網(wǎng)的網(wǎng)架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、微網(wǎng)集成控制、熱電冷綜合利用等方面開展了一系列研究，為DGS和基于可再生電源的大規(guī)模獨(dú)立系統(tǒng)的應(yīng)用提供了較為廣闊的開展空間。1.4儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀新能源風(fēng)、光發(fā)電有著巨大的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然由于受到氣候條件等影響，使其發(fā)電輸出功率出現(xiàn)間隙性和波動(dòng)性。要平抑功率對(duì)并網(wǎng)潮流的影響，儲(chǔ)能技術(shù)是解決太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電能源需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。“電能利用和電能儲(chǔ)存技術(shù)”已被列為我國(guó)電網(wǎng)前瞻性關(guān)鍵技術(shù)之一，以確保互聯(lián)大電網(wǎng)平安，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，改善區(qū)域供電品質(zhì)和綠色能源電力輸出特性。儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用主要有以下幾個(gè)方面：首先，它可以調(diào)節(jié)電力生產(chǎn)中的峰谷差；其次，儲(chǔ)能技術(shù)提高電力系統(tǒng)供電的可靠性，在系統(tǒng)因故障停電時(shí)，儲(chǔ)能設(shè)備可以起暫時(shí)供電的作用，防止突然停電帶來的麻煩和損失；再次，儲(chǔ)能裝置可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在電力系統(tǒng)受到大的擾動(dòng)時(shí)，例如短路等事故時(shí)，儲(chǔ)能裝置可以在瞬時(shí)吸收或釋放能量，使系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)裝置有時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，防止系統(tǒng)失穩(wěn)；最后，它是風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電或熱發(fā)電等可再生能源發(fā)電設(shè)備中必不可少的裝備，有了儲(chǔ)能裝置的配合，這些不穩(wěn)定的發(fā)電設(shè)備才有可能向用戶穩(wěn)定地供電。電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置除了抽水儲(chǔ)能電站和小規(guī)模的電池儲(chǔ)能外，還有許多基于其他原理的儲(chǔ)能裝置正在研究，下面就對(duì)各種儲(chǔ)能方式進(jìn)行概括的介紹：〔1〕水儲(chǔ)能電站抽水儲(chǔ)能電站是當(dāng)前唯一能大規(guī)模解決電力系統(tǒng)峰谷困難的一種途徑。它需要上下兩個(gè)水庫(kù)，并安裝能雙向運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)水泵機(jī)組即水輪發(fā)電機(jī)組。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：技術(shù)上成熟可靠，其容量可以做得很大，僅受到水庫(kù)庫(kù)容的限制。缺點(diǎn)首先是建造受到地理?xiàng)l件的限制，必須有適宜的上下兩個(gè)水庫(kù)。另外，在抽水和發(fā)電兩個(gè)過程中都有相當(dāng)數(shù)量的能量是損失掉的。還有一個(gè)缺點(diǎn)是這種抽水儲(chǔ)能電站受地理?xiàng)l件限制，一般都遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，不但有輸電損耗，而且當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)重大事故而不能工作時(shí)，它也將失去作用?！?〕飛輪儲(chǔ)能它的具體設(shè)想是：在谷值負(fù)荷時(shí)，將多余電力輸入電機(jī)，使其驅(qū)動(dòng)飛輪加速，這大概需要幾個(gè)小時(shí)，例如從午夜到清晨，然后飛輪保持在高速下轉(zhuǎn)動(dòng)，到出現(xiàn)峰值負(fù)荷時(shí)，讓飛輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，使飛輪的動(dòng)能變成電能供給電網(wǎng)。在這一過程中飛輪轉(zhuǎn)速下降，直到它的最高轉(zhuǎn)速的一半左右。由于采用變速恒頻的電力電子技術(shù)，輸出電能的頻率可保持不變。飛輪儲(chǔ)能的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)就是幾乎不需要運(yùn)行維護(hù)、設(shè)備壽命長(zhǎng)且對(duì)環(huán)境沒有不良的影響。飛輪具有優(yōu)秀的循環(huán)使用以及負(fù)荷跟蹤性能，它可以用于那些在時(shí)間和容量方面介于短時(shí)儲(chǔ)能應(yīng)用和長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能應(yīng)用之間的應(yīng)用場(chǎng)合。〔3〕可充電電池儲(chǔ)能電池有多種類型：鉛酸電池是人們最熟悉的一種可充電電池?，F(xiàn)在密封型免維護(hù)的鉛酸電池已成為這類電池的主流。堿性電池中的鎘鎳電池現(xiàn)在已被鎳氫電池逐步取代。堿性電源比起鉛酸電池有容量大，結(jié)構(gòu)鞏固，充放循環(huán)次數(shù)多等優(yōu)點(diǎn)，但其價(jià)格也貴得多。這就限制了在能源領(lǐng)域中的應(yīng)用。另一類性能優(yōu)異的電池是鋰離子二次電池。它徹底解決了充放電的記憶效應(yīng)，大大方便了使用，在制造過程中根本上防止了對(duì)環(huán)境的污染，有綠色電池之稱。主要缺點(diǎn)是價(jià)格太貴，目前它主要用于通信和信息設(shè)備中，但由于它的高儲(chǔ)能密度，很有可能用在電動(dòng)汽車等交通工具中。如果能進(jìn)一步提高儲(chǔ)能密度并降低本錢，那么它將很有希望用于供電設(shè)備的儲(chǔ)能中?！?〕超導(dǎo)儲(chǔ)能磁場(chǎng)儲(chǔ)能就是在電感線圈中充入電流而儲(chǔ)存電能。磁場(chǎng)儲(chǔ)能中又以超導(dǎo)線圈儲(chǔ)能最優(yōu)。由于超導(dǎo)線圈在運(yùn)行時(shí)沒有電阻，因此它的儲(chǔ)能效率很高。同時(shí)它的電流密度遠(yuǎn)高于常規(guī)線圈，可以做到很高的儲(chǔ)能密度。另外它可以用極快的速度存入和放出電能，適合于在瞬變狀態(tài)下，例如電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程下使用。它的缺點(diǎn)一是需要深冷設(shè)備，即使是高溫超導(dǎo)線圈也要在液氮溫度下運(yùn)行。另外它與傳統(tǒng)的儲(chǔ)能設(shè)備相比，能量密度還是太小。在大電流運(yùn)行下它的電磁力對(duì)線圈本身所受應(yīng)力也是一個(gè)問題。因此目前它的主要用途還在于改善電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，以充分發(fā)揮它的快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。〔4〕超級(jí)電容器儲(chǔ)能所謂超級(jí)電容器就是有超大電容量的電容器，它的電介質(zhì)具有極高的介電常數(shù)，因此可以在較小體積小制成以法拉為單位的電容器，比一般電容量大了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。電容器儲(chǔ)能同樣具有快速充放電能的優(yōu)點(diǎn)，甚至比超導(dǎo)線圈更快。它不需要復(fù)雜的深冷設(shè)備．這些都是它的優(yōu)點(diǎn)。但超級(jí)電容器的電介質(zhì)耐壓很低，制成的電容器一般僅有幾伏耐壓。由于它的工作電壓低，所以在實(shí)際使用中必須將多個(gè)電容器串聯(lián)使用。這就要求增加充放電的控制回路，使每個(gè)電容器能工作在最正確條件下。1.5論文的主要工作與章節(jié)安排目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開始進(jìn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)在風(fēng)、光等新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用研究。國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中介紹了現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的各種新能源和儲(chǔ)能技術(shù);研究了基于超導(dǎo)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容器、蓄電池等單一儲(chǔ)能裝置以及基于超導(dǎo)儲(chǔ)能和二次電池儲(chǔ)能的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)、基于壓縮空氣儲(chǔ)能和超級(jí)電容器儲(chǔ)能的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)在可再生能源系統(tǒng)應(yīng)用的情況，如實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量控制、平滑可再生能源系統(tǒng)有功輸出的波動(dòng)、實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤、提高可再生能源系統(tǒng)穩(wěn)定性等等。但目前對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)在風(fēng)、光等新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用研究主要側(cè)重于其實(shí)現(xiàn)方案上，比方:電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等，并且，在這方面取得了非常顯著的進(jìn)展。儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于可再生能源電力系統(tǒng)后的行為和控制問題方面的研究工作還比較初步，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：〔1〕對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模缺乏深入研究，未建立起一套完整的儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型?！?〕對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于含可再生能源電網(wǎng)后的控制策略研究不多?！?〕對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于含可再生能源電網(wǎng)后，究竟能實(shí)現(xiàn)哪些功能的實(shí)質(zhì)性研究不多?！?〕所提出的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，與電力系統(tǒng)的實(shí)際存在一定的差距?！?〕對(duì)用于含可再生能源電網(wǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量及功率優(yōu)化研究不多風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。因此，今后這一領(lǐng)域應(yīng)重點(diǎn)解決包括提出更接近電力系統(tǒng)實(shí)際(電壓等級(jí)、容量等級(jí)、工作方式，等等)的儲(chǔ)能系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，研究?jī)?chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于可再生能源電力系統(tǒng)的控制等問題。因此，結(jié)合電力電子技術(shù)和風(fēng)、光發(fā)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)，以數(shù)字/物理混合建模模擬新能源分布式發(fā)電功率潮流輸出，以背靠背雙向變流器模擬蓄電池、超級(jí)電容器等儲(chǔ)能元件構(gòu)成的儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)時(shí)平抑電網(wǎng)波動(dòng)，穩(wěn)定電網(wǎng)有功、無(wú)功潮流，確保系統(tǒng)平穩(wěn)工作是本論文的研究重點(diǎn)。本文著重研究?jī)?chǔ)能系統(tǒng)在含有風(fēng)、光等間歇性可再生能源發(fā)電與微網(wǎng)中的構(gòu)建及控制。研究將儲(chǔ)能元件采用電力電子技術(shù)相結(jié)合后所組成儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、模型及相應(yīng)的控制策略;研究并聯(lián)型及串并聯(lián)型儲(chǔ)能系統(tǒng)在優(yōu)化間歇性可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的有功功率輸出、改善其穩(wěn)定性的作用。第2章從間歇性可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的特性入手，分析大規(guī)模間歇性可再生能源發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響，建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏發(fā)電系統(tǒng)的模型，為后續(xù)仿真研究奠定根底。第3章分析鉛酸蓄電池和超級(jí)電容器特性。并在分析比照這兩種儲(chǔ)能元件的等效電路模型的根底上，確定本文仿真分析所采用儲(chǔ)能元件模型。第4章DC/DC變換器作為一種新型的電力電子變換裝置，可以實(shí)現(xiàn)各種儲(chǔ)能元件，發(fā)電設(shè)備的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，更大限度的發(fā)揮儲(chǔ)能裝置，將對(duì)DC/DC變換器做簡(jiǎn)單介紹。針對(duì)風(fēng)電功率間歇性的特點(diǎn)，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)在風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用進(jìn)行研究。建立串并聯(lián)補(bǔ)償式儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和控制器并仿真分析，仿真說明，儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅可以平滑風(fēng)電場(chǎng)的有功功率輸出，還可以提高風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定水平?？偨Y(jié)全文，并展望值得進(jìn)一步開展的工作。2大規(guī)模間歇性可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的建模2.1引言2006年《可再生能源法》的實(shí)施，標(biāo)志著我國(guó)的可再生能源開展進(jìn)入了新的歷史階段。在各種可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電是開發(fā)應(yīng)用較多的兩種可再生能源發(fā)電形式。不同于水電、生物質(zhì)發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的出力與氣候條件強(qiáng)相關(guān)。因此，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電具有隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)，而這一特點(diǎn)有可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成一定的影響，有必要對(duì)其建模，分析其特性。2.2大規(guī)模間歇性可再生能源井網(wǎng)面臨的主要挑戰(zhàn)風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源存在不連續(xù)，不穩(wěn)定，低密度，隨時(shí)間、季節(jié)以及氣候變化而變化等缺點(diǎn)，采用這些能源的發(fā)電設(shè)備并網(wǎng)后會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成一定的影響。以風(fēng)能為例。風(fēng)能是一種清潔能源，但由于風(fēng)力隨自然條件變化影響，風(fēng)速與風(fēng)向發(fā)生不斷的、隨機(jī)的變化，因而造成風(fēng)力發(fā)電出力的隨機(jī)性和間歇性。與此相反的是電網(wǎng)必須按照發(fā)、供、用同時(shí)完成的客觀規(guī)律，連續(xù)、平安、可靠、穩(wěn)定的向客戶提供頻率、電壓合格的優(yōu)質(zhì)的電力。因此，風(fēng)電開展必須高度重視對(duì)電網(wǎng)平安、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來的影響。風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)具有以下特點(diǎn):(l)小型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)主要可能會(huì)導(dǎo)致局部地區(qū)的電能質(zhì)量下降，如諧波、閃變、電壓和無(wú)功管理難度增加等問題。(2)大中型風(fēng)電場(chǎng)一般直接接入輸電網(wǎng)。在這種情況下，電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電的要求已經(jīng)從電能質(zhì)量進(jìn)一步開展到暫態(tài)穩(wěn)定、事故后自動(dòng)恢復(fù)、調(diào)頻調(diào)壓、直接調(diào)度等能力。風(fēng)本身具有不可控，不可調(diào)的特征，因此風(fēng)電場(chǎng)難以參加系統(tǒng)調(diào)控，另一方面，目前我國(guó)主流的風(fēng)力發(fā)電機(jī)一異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行依賴電網(wǎng)的電壓和頻率，當(dāng)電網(wǎng)電壓和頻率不正常，超過一定幅度發(fā)電機(jī)必須脫網(wǎng)，從而加劇了電網(wǎng)不正常。由于電能的特殊性，發(fā)電、輸電、配電與用電必須同時(shí)完成，這就要求系統(tǒng)始終要處于動(dòng)態(tài)的平衡狀態(tài)中，瞬時(shí)的不平衡就可能導(dǎo)致平安穩(wěn)定問題。目前，許多風(fēng)電場(chǎng)開始采用基于電力電子技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，而這些機(jī)組在電網(wǎng)故障時(shí)受低電壓穿越能力高電壓穿越能力以及零電壓穿越能力限制將自動(dòng)脫網(wǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行狀況惡化。當(dāng)具備快速調(diào)節(jié)能力的發(fā)電機(jī)組大量并網(wǎng)后，有可能發(fā)生功率振蕩問題。因此，建立合理的風(fēng)電機(jī)組、光伏系統(tǒng)模型，研究如何改以風(fēng)電、光伏發(fā)電為代表的間歇性可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電穩(wěn)定性、抑制間歇性可再生能源發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電引起的電能質(zhì)量問題以及如何提高含間歇性可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題是間歇性可再生能源發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行中的重要問題。如果具有有效的有功和無(wú)功控制手段，快速的跟蹤間歇性可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的功率，就有可能使得不可調(diào)度的間歇性可再生能源發(fā)電系統(tǒng)單元能夠作為可調(diào)度機(jī)組單元運(yùn)行。2.3風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特性分析到2008年底，全球的風(fēng)電裝機(jī)己經(jīng)超過了121GW，全球電力供給的1.5%來自于風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量居前五位的國(guó)家依次是:美國(guó)(25.17GW)、德國(guó)(23.9GW)、西班牙(16.74Gw)、中國(guó)(12.2lGw)和印度(9.587Gw)。風(fēng)力發(fā)電的過程是:自然風(fēng)吹轉(zhuǎn)葉片，帶動(dòng)輪毅轉(zhuǎn)動(dòng)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(包括傳動(dòng)軸、齒輪箱)將機(jī)械能送至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，帶動(dòng)著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換，最后風(fēng)電機(jī)組的輸出功率通過變電站注入電網(wǎng)。在過去的20多年里，從采用恒速恒頻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開展到采用變速恒頻的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，風(fēng)力發(fā)電在可靠性、效率、技術(shù)水平、性能價(jià)格比、電能質(zhì)量以及無(wú)功控制等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域都取得了突破，己具備向電力系統(tǒng)提供一定輔助效勞的能力。風(fēng)電機(jī)組恒速恒頻和變速恒頻方式下所采用的發(fā)電機(jī)類型和電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有所不同。由于同步機(jī)并網(wǎng)比較困難，恒速恒頻方式下一般采用鼠籠式異步發(fā)電機(jī)，典型電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)風(fēng)機(jī)帶動(dòng)異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子到達(dá)或者接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，通過晶閘管控制的軟并網(wǎng)裝置將發(fā)電機(jī)接入電網(wǎng)，并網(wǎng)沖擊電流較大。此后異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速根本保持恒定，此方式需要電容無(wú)功補(bǔ)償裝置。這種風(fēng)電機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)在于控制電路簡(jiǎn)單。變速恒頻一般采用交流勵(lì)磁的雙饋發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)，相應(yīng)的電路拓?fù)洹Ｏ到y(tǒng)運(yùn)行時(shí)，不同的風(fēng)速下，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子變速運(yùn)行，可以提高風(fēng)能的利用率，風(fēng)電機(jī)組送入電網(wǎng)的電壓頻率恒定。基于雙饋異步發(fā)電機(jī)的變速恒頻風(fēng)電機(jī)組。通過控制雙饋異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)勵(lì)磁電流的頻率可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，這樣在負(fù)載突然變化時(shí)可以迅速改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，充分利用轉(zhuǎn)子的動(dòng)能放和吸收負(fù)荷，對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)遠(yuǎn)比常規(guī)電機(jī)小;另外，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的幅值和相位，可以調(diào)節(jié)雙饋異步發(fā)電機(jī)輸出的有功功率和無(wú)功功率。2.4恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真風(fēng)電機(jī)組動(dòng)力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的動(dòng)力系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、輪毅、齒輪箱和連軸器,其數(shù)學(xué)模(2.1)〔2.2〕〔2.3〕式(2.1〕~(2.3)中:為風(fēng)機(jī)葉片產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩;為空氣密度;R是風(fēng)輪半徑;v為作用于風(fēng)輪機(jī)的風(fēng)速;R為葉尖速比，即葉片線速度與風(fēng)速的比值。為風(fēng)機(jī)機(jī)械角速度。、為葉片額定機(jī)械角速度:凡為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的額定功率;幾為輪毅輸出轉(zhuǎn)矩;幾為輪毅慣性時(shí)間常數(shù);幾為齒輪箱輸出側(cè)的轉(zhuǎn)矩:t，t為齒輪箱的慣性時(shí)間常數(shù);吼是風(fēng)力機(jī)的功率系數(shù)，表示風(fēng)電機(jī)組利用風(fēng)能的效率，反映風(fēng)輪機(jī)葉片捕獲風(fēng)能的能力，是葉尖速比義和漿距角刀的非線性函數(shù)，其擬合函數(shù)為:(2.4)式中：;為擬合函數(shù)的相應(yīng)系數(shù)。異步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型異步發(fā)電機(jī)采用忽略定子繞組暫態(tài)過程的機(jī)電暫態(tài)模型即(2.5)式中:為發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電勢(shì);;和分別為異步發(fā)電機(jī)定子的電壓、電流和電阻;，為定子漏抗，為勵(lì)磁電抗;:，為發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電抗；為轉(zhuǎn)子漏抗;為轉(zhuǎn)子繞組電阻;為轉(zhuǎn)子慣性時(shí)間常數(shù);s為異步發(fā)電機(jī)的滑差，;為定子開路時(shí)轉(zhuǎn)子回路的時(shí)間常數(shù)，.風(fēng)電場(chǎng)等值在動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算中為了減少計(jì)算量，將風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等值為一臺(tái)機(jī)，目前有很多種等值的方法，本論文著重研究風(fēng)電出力的波動(dòng)特性，因此，弱化風(fēng)電場(chǎng)中各個(gè)風(fēng)電機(jī)組的差異，采取的等值原那么是:a.額定容量相等。等效額定容量:是所有風(fēng)電機(jī)組額定容量之和，是第i臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的額定容量，即: (2.6)b.注入電網(wǎng)的功率相等。是所有風(fēng)電機(jī)組注入功率之和，只是第i臺(tái)風(fēng)電機(jī)的注入功率，即:(2.7)算例仿真與分析在Matlab/simulink環(huán)境中建立了仿真平臺(tái)，仿真計(jì)算中不考慮風(fēng)電場(chǎng)各臺(tái)風(fēng)電機(jī)組地理位置對(duì)風(fēng)速的影響，且設(shè)定風(fēng)電場(chǎng)由同一機(jī)型的167臺(tái)單機(jī)容量為600kw的異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組組成，風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)100MW，通過雙回輸電線與電網(wǎng)相連，與接入系統(tǒng)連接的簡(jiǎn)化單線圖和有關(guān)參數(shù)。風(fēng)力機(jī)參數(shù):=10，風(fēng)力機(jī)額定風(fēng)速:14m/s，風(fēng)力機(jī)擬合函數(shù)系數(shù)至的數(shù)值分別是:=0.44，=125，=0，，=0，=6.94，=16.5，以及=一0.002。異步發(fā)電機(jī)參數(shù)(以額定容量6ookw為基準(zhǔn)的表么值):=0.0064;=0.0842;=4.5291；0.124；=0.0089;=0.2855。風(fēng)電機(jī)組按有功出力的30%進(jìn)行電容補(bǔ)償。假設(shè)風(fēng)速波動(dòng)，仿真結(jié)果見圖2.1，圖2.2。圖2.1為風(fēng)電場(chǎng)有功出力波形圖，圖2.2為風(fēng)電場(chǎng)連接點(diǎn)的電壓波形。由圖2.1可知:風(fēng)電機(jī)組的出力隨風(fēng)速的變化而變化，相應(yīng)的風(fēng)電場(chǎng)的連接點(diǎn)的電壓也會(huì)隨之波動(dòng)。圖2.1風(fēng)電場(chǎng)有功波形圖2.2連接點(diǎn)的電壓波形 仿真結(jié)果說明，有功功率輸出隨著風(fēng)速的變化而變化，發(fā)電機(jī)組連接處的母線電壓也隨著波動(dòng)。2.5光伏發(fā)電系統(tǒng)的特性分析太陽(yáng)能光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用光伏電池將光能直接轉(zhuǎn)化為電能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏電池板、控制器和電力電子變換器三大局部組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件，所以，光伏發(fā)電系統(tǒng)可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行、可靠性高、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便。光伏發(fā)電系統(tǒng)中的電力電子變換器是將光伏電池發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)化為和電網(wǎng)電壓同頻、同相的交流電，從而向負(fù)載供電。按照應(yīng)用的方式和領(lǐng)域，光伏并網(wǎng)逆變器可以分為圖2.3所示的四種結(jié)構(gòu):l)面向大型光伏電站的集中型結(jié)構(gòu)，如圖2.3(a)所示，多組串聯(lián)的光伏方陣通過二極管并聯(lián)在逆變器的直流輸入端，再通過逆變器轉(zhuǎn)換成交流電接入三相交流電網(wǎng);2)面向光伏模組級(jí)的支路型結(jié)構(gòu)，如圖2.3(b)所示，將光伏模塊串聯(lián)起來，通過單相逆變器逆變接入單相低壓電網(wǎng)，這種系統(tǒng)非常適合于城市分布式發(fā)電和家庭戶用光伏系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電，也是市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的光伏系統(tǒng);3)面向中大型光伏電站的多支路型結(jié)構(gòu)，如圖2.3(c)所示，將光伏模塊串聯(lián)后，通過各自的直流變換器并聯(lián)在逆變器的直流側(cè)，形成多個(gè)支路式，并由并網(wǎng)逆變器接入單相或三相電網(wǎng)，多支路型結(jié)構(gòu)可以很容易的構(gòu)成兆瓦級(jí)大型并網(wǎng)光伏電站;3)面向小型應(yīng)用場(chǎng)合的模塊集成型結(jié)構(gòu)，如圖2.3(d)所示，單個(gè)光伏模塊經(jīng)逆變器接入單相交流電網(wǎng)，這種結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是未來并網(wǎng)逆變器的開展方向之一。圖2.3光伏并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的逆變器的輸出電壓幅值自動(dòng)被鉗位為接入側(cè)電網(wǎng)電壓，通過采用鎖相環(huán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)輸出電流與接入側(cè)電網(wǎng)電壓的同相位，即保證系統(tǒng)輸出的功率因數(shù)為1。2.6單相戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真光伏電池的建模光伏電池的等效電路模型如圖2.4圖2.4光伏電池等效電路模型單相逆變器的控制策略本文采用維持逆變器直流側(cè)電壓恒定為單相逆變器的控制策略，具體見圖2.5所示。圖2.5單相逆變器控制策略3儲(chǔ)能元件的特性分析及其等效模型3.1引言將儲(chǔ)能設(shè)備用于可再生能源系統(tǒng)功率優(yōu)化輸出及穩(wěn)定控制，就有可能采用小容量的儲(chǔ)能，通過快速的電能存取，實(shí)現(xiàn)較大的功率調(diào)節(jié)，快速地吸收“剩余能量”或補(bǔ)充“功率缺額”，從而提高可再生能源系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，提高電能質(zhì)量，增強(qiáng)系統(tǒng)的供電可靠性，實(shí)現(xiàn)快速功率響應(yīng)、黑啟動(dòng)等。而鉛酸蓄電池是蓄電池中最成熟的技術(shù)，超級(jí)電容器那么具有功率密度大的特點(diǎn)。因此，本文主要考慮鉛酸蓄電池和超級(jí)電容器的建模。常用的儲(chǔ)能電池由于全球化石能源的緊張，風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源分布式發(fā)電得到的大幅度利用，但風(fēng)、光等新能源的間隙性和隨機(jī)性等使得發(fā)電的不穩(wěn)定等缺點(diǎn)正成為阻礙其深度開展的重要障礙，發(fā)電功率難以保證平穩(wěn)[1]。而電力系統(tǒng)要求是供需一致，為了解決這一問題，在風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電等新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)中都配有儲(chǔ)能裝置，起平抑波動(dòng)、削峰填谷和能量調(diào)度的作用[2]。儲(chǔ)能技術(shù)的開展和應(yīng)用，將有助于打破風(fēng)電、光伏發(fā)電等接入和消納的瓶頸問題，能夠降低配套輸電線路容量需求，緩解電網(wǎng)調(diào)峰壓力。儲(chǔ)能技術(shù)形式多樣，按照儲(chǔ)存能量的形式，儲(chǔ)能介質(zhì)一般可分為電化學(xué)儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、相變儲(chǔ)能等。電化學(xué)儲(chǔ)能包括電池和超級(jí)電容儲(chǔ)能；機(jī)械儲(chǔ)能包括飛輪儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能等；電磁儲(chǔ)能那么是以超導(dǎo)儲(chǔ)能作為代表的以磁場(chǎng)作為介質(zhì)的儲(chǔ)能形式；相變儲(chǔ)能主要有冰/水蓄冷儲(chǔ)能等[3,4]。其中電池儲(chǔ)能是所有儲(chǔ)能類型中種類最多、技術(shù)更新和開展速度最快的。從儲(chǔ)能原理實(shí)現(xiàn)方式上看，電池儲(chǔ)能與其他類型儲(chǔ)能形式最大優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)方式的多樣性，從而導(dǎo)致了不同電池之間的性能差異巨大；從性能上看，相比其他儲(chǔ)能類型，電池儲(chǔ)能具有體積小、反響速度快、安裝方便的共同特點(diǎn)。電池儲(chǔ)能技術(shù)在新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)、未來智能電網(wǎng)中將得到大規(guī)模的應(yīng)用[5]。3.2鉛酸電池儲(chǔ)能原理各種鉛酸電池的根本化學(xué)原理都相同，正電極是二氧化鉛〔PbO2〕，負(fù)極那么是金屬鉛。電解液是硫酸溶液，當(dāng)電池電量充足時(shí)，硫酸一般占電解液重量的37%。兩極的反響產(chǎn)物為硫酸鉛〔PbSO4〕。式(1)和(2)分別為鉛酸電池正、負(fù)極反響式：PbO2+3H+++=PbO4+2H2O (1)Pb+=PbO4+H++ (2)在反響過程中，硫酸會(huì)隨著放電反響的進(jìn)行而不斷消耗，所以電解液濃度會(huì)隨著放電程度的變化而變化。當(dāng)兩電極活性物質(zhì)耗盡、或當(dāng)電解液中的硫酸濃度太小而缺乏以維持放電反響時(shí)，放電終止。以鉛酸電池作為儲(chǔ)能元件在分布式發(fā)電系統(tǒng)被廣泛使用。儲(chǔ)能電池的應(yīng)用前景相對(duì)于機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能以及相變儲(chǔ)能等儲(chǔ)能技術(shù)而言，電池儲(chǔ)能的選址條件比較寬松，便于分布式布置在配網(wǎng)側(cè)。大量的電池儲(chǔ)能分布式的配置在配網(wǎng)側(cè)，可以有效的減小負(fù)荷峰谷差，對(duì)電網(wǎng)而言相當(dāng)于改善了負(fù)荷特性。負(fù)荷特性的改善給電網(wǎng)帶來的直接好處包括[：(1)減少系統(tǒng)備用容量的需求，減少調(diào)峰調(diào)頻機(jī)組；(2)減輕頂峰負(fù)荷時(shí)輸電網(wǎng)的潮流，減少輸電網(wǎng)的設(shè)備投資；(3)減少火電機(jī)組參與調(diào)峰，提高發(fā)電效率；(4)提高輸配電設(shè)備的利用率、延長(zhǎng)使用壽命。隨著電池儲(chǔ)能設(shè)備造價(jià)逐步降低和能量密度進(jìn)一步提高，電池儲(chǔ)能有望得到大規(guī)模推廣。此外，電池儲(chǔ)能還可以通過PCS系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，大大提高無(wú)功調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度，更好的實(shí)現(xiàn)無(wú)功就地平衡，全面提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。儲(chǔ)能站能夠?yàn)橛脩籼峁﹤溆秒娫?，為系統(tǒng)黑啟動(dòng)提供電源，提高供電可靠性和抵御自然災(zāi)害的能力。3.3鉛酸電池的建模鉛酸蓄電池具有通用、廉價(jià)、比能量適中、高倍率放電性能好、上下溫性能良好、效率較高等優(yōu)點(diǎn)，因而鉛酸蓄電池被廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合。鉛酸蓄電池是以稀硫酸溶液作為電解液，正極活性物質(zhì)是二氧化鉛，負(fù)極活性物質(zhì)是海綿鉛。鉛酸電池的特性主要是鉛酸電池的內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)以及開路電壓與荷電狀態(tài)之間的關(guān)系。不過,鉛酸電池的電動(dòng)勢(shì)和開路電壓與鉛酸蓄電池的電解液H2SO4的濃度有關(guān),隨著電解液H2SO4的濃度下降,鉛酸電池的電動(dòng)勢(shì)一開路電壓液下降。鉛酸電池的充放電特性鉛酸電池充電時(shí)主要化學(xué)反響式為:陰極(復(fù)原反響):PbSO4+2e=Pb+SO42-陽(yáng)極(氧化反響):PbSO4+2H2O=PbO2+4H++SO42-+2e充電時(shí)總反響為:PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4鉛酸電池放電時(shí)主要化學(xué)反響為:負(fù)極(氧化反響):Pb=Pb2++2e由于硫酸的存在,Pb2+立即生成難溶解的Pb2SO4。正極(復(fù)原反響):PbO2+4H++2e=Pb2++2H2O同樣,由于硫酸的存在,Pb2+也立即生成Pb2SO4。放電時(shí)的總的反響為:Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O蓄電池充電的時(shí)候,隨著電池端電壓的升高,水開始被電解,當(dāng)電池電壓到達(dá)約2139V/單體時(shí),水的電解不可無(wú)視。水電解化學(xué)表達(dá)式為:陽(yáng)極:H2O=1/2O2+2H++2e陰極:2H++2e=H2陽(yáng)極給出2e,陰極得到2e,從而形成回路電流。端電壓愈高,電解水也愈劇烈,此時(shí)充入的大局部電荷參加水電解,形成活性物質(zhì)很少[2]。因此在蓄電池充電電路提供的電荷由兩局部組成,一局部用來在極板上形成活性物質(zhì),另一局部用來電解水,相應(yīng)地,充電電流也由兩局部組成,一局部為有效電流,另一局部為電解水電流。而在放電過程中,正、負(fù)極活性物質(zhì)都生成硫酸鉛,且都消耗硫酸,這樣使得電池在放電過程中發(fā)生極化。極化對(duì)于放電的影響使電池工作電壓下降,不同的放電電流,極化的程度不一樣。一般來說,電流越大,極化現(xiàn)象越嚴(yán)重,工作電壓下降越多。不同的放電深度,極化的程度也不一樣。放電越深,極化現(xiàn)象越嚴(yán)重,同樣工作電壓也下降越多.鉛酸電池的等效電路模型在電氣工程領(lǐng)域內(nèi)常采用等效電路模型進(jìn)行鉛酸蓄電池的仿真計(jì)算。下面對(duì)幾種常用的等效電路模型進(jìn)行討論，包括根本模型、改進(jìn)模型、Thevenin等效電路模型和動(dòng)態(tài)等效電路模型等。(1)根本模型最常見的鉛酸蓄電池模型是如圖3.1所示的根本模圖3.1圖3.1所示的根本模型是由一個(gè)電壓為的理想直流電壓源和一個(gè)等效內(nèi)阻組成，是鉛酸蓄電池的端電壓，為流入鉛酸蓄電池的電流。根據(jù)全電路歐姆定律可得:(3.1)該模型雖然常見，但它并沒有考慮因電池荷電狀態(tài)的變化、電解液濃度的變化，以及硫酸鹽形成等因素而導(dǎo)致的電池內(nèi)阻變化。該模型只適用于假設(shè)可以從電中得到無(wú)限能量，或者電池荷電狀態(tài)并不重要的情況(2)改進(jìn)模型在圖3.1所示的根本模型的根底上作了改進(jìn)，提出了一種考慮荷電狀態(tài)的鉛酸蓄電池改進(jìn)模型。在根本模型中，等效內(nèi)阻是常數(shù)，而改進(jìn)模型將等效內(nèi)阻是設(shè)為荷電狀態(tài)的函數(shù)，一種普遍的算法是:(3.2)式中，ro是蓄電池處于完全充滿情況下的初始內(nèi)阻;k為系數(shù)，是放電速度的函數(shù)，該值可由制造廠商數(shù)據(jù)所決定:S代表蓄電池狀態(tài)，其值由下式?jīng)Q定:(3.3)式中，是10小時(shí)放電率的蓄電池容量，該值隨著蓄電池壽命的不同而不同;Ah為蓄電池放出的能量。由可知，S的取值范圍為0-1，其中S=0代表蓄電池完全放電，S=1代表蓄電池充滿電。(3)Thevenin等效電路模型Thevenin等效電路模型是另一種常用的模型，如圖3.2所示。圖3.2Thevenin等效電路模型圖3.2所示的Thevenin等效電路模型由一個(gè)理想電壓源，代表?yè)p耗的內(nèi)阻，代表平行極板之間電容的和代表極板與電解液之間的非線性接觸電阻的組成。為電容兩端的電壓，取為狀態(tài)變量，根據(jù)電路定律可以得到:(3.4)該模型的主要缺點(diǎn)是模型中所有參數(shù)都設(shè)為常數(shù)，但實(shí)際上這些量都是與電池狀態(tài)相關(guān)的函數(shù).(4)改進(jìn)的Thevenin等效電路模型Salameh等提出了一種考慮超電勢(shì)和自放電行為的蓄電池等效電路模擬電池組，如圖3.3所示。圖3.3改進(jìn)的Thevenin等效電路模型圖中，電阻標(biāo)與電容如并聯(lián)，表示電池自放電;開路電壓為和兩端的電壓,與之串聯(lián)的是一個(gè)由電容和電阻組成的電路網(wǎng)絡(luò)，用以描述超電勢(shì)，其中電阻表示在放電和充電時(shí)的過壓電阻;表示連接電阻，表示電池的內(nèi)阻。根據(jù)KCL、KVL，從電池組的等效電路可以得到:(3.5)(3.6)(3.7)構(gòu)成了鉛酸蓄電池的改進(jìn)Thevenin等效電路模型。該模型的主要缺點(diǎn)是模型中所有參數(shù)都設(shè)為常數(shù)，但實(shí)際上這些量都是與蓄電池狀態(tài)相關(guān)的函數(shù)。3.4超級(jí)電容器的特性分析超級(jí)電容電化學(xué)電容器或雙電層電容器，是一種新型化學(xué)儲(chǔ)能裝置，利用電極/電解質(zhì)交界器又稱面上的雙電層或在電極界面上發(fā)生快速、可逆的氧化復(fù)原反響原理來儲(chǔ)存能量。超級(jí)電容器采用活性碳材料制作成多孔碳電極，同時(shí)在相對(duì)的多孔電極之間充填電解質(zhì)溶液，當(dāng)在兩端施加電壓時(shí)，相對(duì)的多孔電極上分別*正負(fù)電子，而電解質(zhì)溶液中的正負(fù)離子將由于電場(chǎng)作用分別*到與正負(fù)極板相對(duì)的界面上，從而形成兩個(gè)集電層。由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比外表積〔即獲得了極大的電極面積〕，而且電解質(zhì)與多孔電極間的界面距離不到1nm〔即獲得了極小的介質(zhì)厚度〕，所以這種雙電層結(jié)構(gòu)的超級(jí)電容器比傳統(tǒng)的物理電容的容值要大很多，比容量可以提高100倍以上，從而使利用電容器進(jìn)行大電量的儲(chǔ)能成為可能。超級(jí)電容器的分類：〔1〕雙層電容器由高外表碳電極在水溶液電解質(zhì)〔如硫酸等〕或有機(jī)電解質(zhì)溶液中形成的雙電層電容，一個(gè)典型雙電層的形成原理，顯然雙電層是在電極材料〔包括其空隙中〕與電解質(zhì)交界面兩側(cè)形成的，雙電層電容量的大小取決于雙電層上別離電荷的數(shù)量，因此電極材料和電解質(zhì)對(duì)電容量的影響最大。一般都采用多孔高外表積碳作為雙層電容器電極材料，其比外表積可達(dá)1000－3000m2/g，比電容可達(dá)280F/g?！?〕贗電容器由電極外表上或者體相中的二維或準(zhǔn)二維空間上發(fā)生活性材料的欠電位沉積，形成高度可逆的化學(xué)吸附/脫附或氧化/復(fù)原反響產(chǎn)生和電極充電電位有關(guān)的電容，又稱法拉第準(zhǔn)電容；典型的贗電容器是由金屬氧化物，如氧化釕構(gòu)成的，其比電容高達(dá)760F/g。但由于氧化釕太貴，現(xiàn)已開始采用氧化鈷、氧化鎳和二氧化錳來取代?！?〕混合電容器由半個(gè)形成雙層電容的碳電極與半個(gè)導(dǎo)電聚合物或其他無(wú)機(jī)化合物的外表反響或電極嵌入反響電極等構(gòu)成。目前在水溶液電解質(zhì)體系中，已有碳/氧化鎳混合電容器產(chǎn)品，同時(shí)正在開展有機(jī)電解質(zhì)體系的碳/碳〔鋰離子嵌入反響碳材料〕、碳/二氧〔4〕化錳等混合電容器。此外，假設(shè)按照電容器采用的電極材料分類，那么可分為碳基型、氧化物型和導(dǎo)電聚合物型；而按采用的電解質(zhì)類型分類，那么又分為水溶液電解質(zhì)型和非水電解質(zhì)型〔主要為有機(jī)電解質(zhì)型〕。在有機(jī)電解質(zhì)溶液中，電容器的工作電壓可提高至2.5V以上。超級(jí)電容器的性能特點(diǎn)：超級(jí)電容器是介于電容器和電池之間的儲(chǔ)能器件，它既具有電容器可以快速充放電的特點(diǎn)，又具有電化學(xué)電池的儲(chǔ)能機(jī)理。超級(jí)電容器主要優(yōu)點(diǎn)：超級(jí)電容器的內(nèi)阻很小，且在電極/溶液界面和電極材料本體內(nèi)部均能夠?qū)崿F(xiàn)電荷的快速貯存和釋放，因此它的輸出功率密度高達(dá)數(shù)千瓦/千克，是任何一種化學(xué)電源都無(wú)法比較的，是一般技術(shù)大于蓄電池的數(shù)十倍。超級(jí)電容器在充放電過程中只有離子和電荷的傳遞，沒有發(fā)生電化學(xué)反響而引起相變，因此其容量幾乎沒有衰減，循環(huán)壽命可達(dá)萬(wàn)次以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于蓄電池的充放電循環(huán)壽命。從目前已經(jīng)做出的超級(jí)電容器充電試驗(yàn)結(jié)果來看，在電流密度為7mA/cm2時(shí)〔相當(dāng)于一般蓄電池充電電流密度〕，全充電時(shí)間只要10~12分鐘，而蓄電池在這么短的時(shí)間內(nèi)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)全充電的。對(duì)于普通蓄電池來說，如果能量密度高，其功率密度不會(huì)太高；而功率密度高，其能量密度那么不會(huì)太高。但超級(jí)電容器在提供1～5kW/kg高功率密度輸出的同時(shí)，其能量密度可以到達(dá)5～20Wh/kg。假設(shè)將它與蓄電池組合起來，就會(huì)組成為一個(gè)兼有高能量密度和高功率密度輸出的儲(chǔ)能系統(tǒng)。超級(jí)電容器充電之后的貯存過程中，雖然也存在微小的漏電電流，但這種發(fā)生在超級(jí)電容器內(nèi)部的離子或質(zhì)子遷移運(yùn)動(dòng)是在電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生的，并沒有出現(xiàn)化學(xué)或電化學(xué)反響，電極材料在電解質(zhì)中也是相對(duì)穩(wěn)定的，因此超級(jí)電容器的貯存壽命幾乎是無(wú)限的。超級(jí)電容器可在-50～+75℃的溫度條件下工作，性能優(yōu)于傳統(tǒng)電容器和蓄電池。超級(jí)電容器的應(yīng)用超級(jí)電容器的脈沖功率性能、較長(zhǎng)的應(yīng)用產(chǎn)品壽命、能夠在極端的溫度環(huán)境中可靠操作的特點(diǎn)，完全適合于那些需要在幾分之一秒至幾分鐘時(shí)間的重復(fù)電能脈沖的應(yīng)用產(chǎn)品，使其成為運(yùn)輸、可再生能源、工業(yè)與消費(fèi)電子以及其它應(yīng)用產(chǎn)品的首選蓄能與電力傳輸解決方案，例如在電動(dòng)汽車〔EV/HEV〕、軍工、輕軌、航空、電動(dòng)自行車、后備電源、發(fā)電〔風(fēng)能發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電〕、通訊、消費(fèi)和娛樂電子、信號(hào)監(jiān)控等領(lǐng)域的電源應(yīng)用方面具有廣闊的市場(chǎng)前景。近年來，由于能源問題和環(huán)境保護(hù)的要求，世界上對(duì)電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的需求越來越緊迫，電動(dòng)汽車的關(guān)鍵局部是蓄電池，但蓄電池的峰值功率特性無(wú)法滿足汽車在啟動(dòng)、加速和爬坡等特殊情況下對(duì)功率的需求。超級(jí)電容器在電動(dòng)汽車中與蓄電池并聯(lián)作輔助電源上的應(yīng)用，可以彌補(bǔ)蓄電池在功率特性方面的缺乏。當(dāng)汽車處于正常行駛狀態(tài)時(shí)，超級(jí)電容器處于充電狀態(tài)，在加速或載重爬坡特殊情況下由超級(jí)電容器實(shí)現(xiàn)高功率放電，突然制動(dòng)時(shí)，那么通過超級(jí)電容器的高功率充電吸收制動(dòng)過程中產(chǎn)生的能量。超級(jí)電容器的使用可以滿足電動(dòng)汽車的啟動(dòng)、制動(dòng)和爬坡時(shí)對(duì)高功率放電的需求，起到平衡蓄電池負(fù)載的作用，可以延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。3.5雙電層超級(jí)電容器的等效電路模型雙電層超級(jí)電容器的采用高外表積、多孔的碳結(jié)構(gòu)，其電極和電解液構(gòu)成的兩相界面是空間分布的，理論上不能用一個(gè)獨(dú)立的電容描述雙電層超級(jí)電容器特性。考慮超級(jí)電容器多孔電極特性的等效電路模型，如圖3.4所示：圖3.4考慮超級(jí)電容器多孔電極特性的等效電路模型圖3.4是根據(jù)雙電層超級(jí)電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)建立的考慮了雙電層電容器多孔電極的等效電路模型。圖3.4中：Cp1、Cp2、Cp3、Cp3、Cpn、C'p1、C'p2、C'p3、C'pn為電極單個(gè)膜孔等效電容：rp1、rp2、rp3、rpn、r'p1、r'p2、r'p3、r'pn為電極單個(gè)膜孔等效電阻；Ranode為引線的等效電阻；Rmemb為電極間多孔膜等效電阻；Rin為兩極間的絕緣電阻。但是這種模型過于復(fù)雜，為了分析計(jì)算的簡(jiǎn)化，在計(jì)算中往往采用簡(jiǎn)化的雙電層電容器等效電路模型，如圖3.5~圖3.6所示。圖3.5簡(jiǎn)單串聯(lián)RC模型圖3.5所示為由一個(gè)簡(jiǎn)單RC等效電路表征的雙電層超級(jí)電容器等效電路模型。該簡(jiǎn)單串聯(lián)RC模型中：C為超級(jí)電容器理想等效電容；RESR為等效串聯(lián)電阻。在雙電層超級(jí)電容器的充放電過程中，等效串聯(lián)電阻RESR不僅表達(dá)了雙電層超級(jí)電容器內(nèi)部的發(fā)熱損耗，還表達(dá)在超級(jí)電容器向負(fù)載放電時(shí)，隨著電流的大小變化等效串聯(lián)電阻RESR兩端不同的壓降，因此，等效串聯(lián)電阻RESR對(duì)雙電層超級(jí)電容器的最大放電電流有所約束。但是，串聯(lián)RC模型只考慮了雙電層超級(jí)電容器的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。圖3.6改進(jìn)的串聯(lián)RC模型圖3.6所示的改進(jìn)串聯(lián)RC模型在簡(jiǎn)單RC模型的根底上增加了一個(gè)表征漏電流效應(yīng)的等效并聯(lián)電阻REPR。等效并聯(lián)電阻REPR代表了自放電的過程，是影響雙電層電容器長(zhǎng)期儲(chǔ)能的一個(gè)參數(shù)。圖3.6所示的改進(jìn)串聯(lián)RC模型與圖3.5所示的簡(jiǎn)單RC模型的區(qū)別在于改進(jìn)串聯(lián)RC模型增加了一個(gè)代表自放電過程的電阻支路，由于本論文主要仿真超級(jí)電容器在較短時(shí)間內(nèi)的特性，可不考慮僅對(duì)長(zhǎng)時(shí)間段影響的自放電電阻支路，因此，本文采用圖3.5所示的超級(jí)電容器簡(jiǎn)化?；Ｐ?。3.6小結(jié)本章分析了鉛酸蓄電池和超級(jí)電容器特性，并在分析比照了這兩種儲(chǔ)能元件的等效電路模型的根底上，確定了本文仿真分析所采用儲(chǔ)能元件模型。對(duì)于鉛酸蓄電池，采用考慮超電勢(shì)和自放電行為的改進(jìn)Theveain等效電路模型作為線性仿真，該模型可以模擬蓄電池放電時(shí)的端電壓下降過程。對(duì)于超級(jí)電容器，采用簡(jiǎn)單串聯(lián)RC等效電路模型進(jìn)行仿真分析，該模型可以用以仿真超級(jí)電容器在較短時(shí)間內(nèi)的特性。4雙向DC/DC變換器及控制4.1引言多端口DC/DC變換器作為一種新型的電力電子變換裝置，在以風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等為代表的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中具有很好的應(yīng)用前景?？梢詫?shí)現(xiàn)各種儲(chǔ)能元件的有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)各種發(fā)電設(shè)備的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，更大限度的發(fā)揮儲(chǔ)能裝置在發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，提高電能利用率。本章以三端口電流型雙向DC/DC變換器作為儲(chǔ)能裝置主拓?fù)?，連接蓄電池、超級(jí)電容器和負(fù)載所組成的系統(tǒng)，該變換器具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.連接兩個(gè)個(gè)輸入電源，各個(gè)電源單獨(dú)或同時(shí)向負(fù)載側(cè)傳送能量，且能量可雙向流動(dòng)；2.采用高頻隔離變壓器進(jìn)行電氣隔離，且可通過設(shè)計(jì)變壓器的匝數(shù)比，來匹配不同的電壓值；3.不需要外接輔助電路，僅利用開關(guān)管的并聯(lián)結(jié)電容和變壓器漏感諧振，實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)(ZCS/ZVS)；4.輸入側(cè)加有電感，有效減少電流紋波，適合用來連接蓄電池和超級(jí)電容器。4.2三全橋DC/DC變換器拓?fù)淙珮蛑麟娐吠負(fù)浣Y(jié)構(gòu)圖4.1為所提出的三全橋雙向DC/DC變換器，采用電流型全橋結(jié)構(gòu)作為輸入變換單元，電壓型全橋結(jié)構(gòu)作為輸出變換單元，用三繞組高頻耦合變壓器作為能量傳輸元件。每個(gè)開關(guān)管均工作在額定頻率下，低壓側(cè)(LVS)以蓄電池和超級(jí)電容作為輸入端，高壓側(cè)〔HVS〕為驅(qū)動(dòng)負(fù)載，負(fù)載要通過逆變器連接到牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。根據(jù)各個(gè)開關(guān)管占空比和導(dǎo)通時(shí)刻的不同，可分別在變壓器三個(gè)端口產(chǎn)生具有相位角之差的矩形波電壓，，。因輸入輸出均采用相同的全橋結(jié)構(gòu)，故可根據(jù)變壓器三端口電壓相位角的大小改變功率傳輸?shù)姆较蚝痛笮?。正向模式時(shí)，超級(jí)電容和蓄電池一起給負(fù)載供電，反向模式時(shí)，負(fù)載回饋電能給蓄電池和超級(jí)電容。圖中，，分別為隔離變壓器三個(gè)端口的漏感。采用全橋結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)輸入電壓的大小，調(diào)節(jié)移向角以及占空比的大小，使得變換器能適應(yīng)較寬的輸入電壓范圍。圖4.1三全橋雙向DC/DC根本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三全橋雙向DC/DC變換器采用超級(jí)電容側(cè)占空比和移向角(蓄電池側(cè)和負(fù)載側(cè)之間的移向角)、(超級(jí)電容側(cè)和負(fù)載側(cè)之間的移向角)、(為蓄電池側(cè)和超級(jí)電容側(cè)之間的移向角)進(jìn)行控制，通過以下分析說明，通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制變壓器兩側(cè)的電壓波形的移向角，可改變輸入電源之間以及電源與負(fù)載之間所傳送功率的大小和方向，并且可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)輸入單元單獨(dú)或同時(shí)向負(fù)載提供功率。變換器等效電路在TAB變換器拓?fù)渲?，三繞組變壓器所起的作用包括以下三個(gè)方面：(1)通過磁耦合的形式使不同的直流輸入電源結(jié)合起來；(2)提供儲(chǔ)能元件(蓄電池、超級(jí)電容)與負(fù)載(逆變器)之間的電氣隔離；(3)低壓側(cè)(LVS)到高壓側(cè)(HVS)的升壓或者HVS到LVS的降壓；(4)變壓器漏感被用作輸入電源和輸出負(fù)載之間的能量傳遞元件。圖4.2(a)和(b)中給出了三繞組變壓器的等效和簡(jiǎn)化電路模型，其中、為變壓器的等效鼓勵(lì)電感，、和分別為變壓器原、副邊各繞組的漏感。在變壓器的簡(jiǎn)化模型中，端口的半橋電路被等效電壓源替代，變換器可以分別用Y型和△型來表示。在變壓器Y型中，各繞組的漏感均折算到原邊。其中、和分別為變壓器各繞組以原邊為參考的等效漏感，、和分別為變壓器各繞組之間的漏感。根據(jù)變壓器的Y-△變換原理，可得到Y(jié)型和△型中漏感之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系：，(4.1)(a)三繞組變壓器等效電路(b)三全橋(TAB)DC/DC變換器的簡(jiǎn)化電路模型〔其中變壓器分別用“Y”形和“△”形模型表示〕圖4.2三繞組變壓器等效和簡(jiǎn)化模型上圖中的“△”形模型適用于變換器的數(shù)學(xué)建模，而“Y”形模型適用于進(jìn)行變換器的換流和軟開關(guān)條件分析。簡(jiǎn)化來看，改變換器可認(rèn)為是有一個(gè)方波電壓源和一個(gè)占空比可變的矩形波電源通過變壓器耦合輸出。根據(jù)上述對(duì)變壓器的分析，根據(jù)變壓器的Y模型，可繪制三全橋雙向(TAB)DC/DC變換器以原邊為參考的等效電路，如圖4.3所示。、和為變換器原、副邊的電流，、和為變壓器折算到原邊的繞組電壓。由于TAB變換器是以變壓器的漏感作為低壓側(cè)和高壓側(cè)能量傳遞元件，因此在進(jìn)行電路簡(jiǎn)化分析時(shí)，可以用變壓器漏感來代替變壓器。圖4.3三全橋(TAB)雙向DC/DC變換器以原邊為參考的等效電路三全橋DC/DC變換器能量流動(dòng)和控制方式圖4.4中給出了TAB變換器三個(gè)端口能量的流動(dòng)圖，圖中雙向箭頭表示三個(gè)端口能量可正反向流動(dòng)。根據(jù)移向角的大小和正負(fù)可改變能量傳送的大小和方向，所以根據(jù)能量傳送的方向，可得：(4.2)(4.3)(4.4)由能量守恒可得:(4.5)通過的控制來調(diào)整各個(gè)開關(guān)管的通斷順序，也能實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸入電源單獨(dú)或同時(shí)向負(fù)載供電。圖4.4三端口變換器能量流動(dòng)圖〔下標(biāo)箭頭方向代表能量流動(dòng)方向〕根據(jù)電動(dòng)汽車汽車牽引系統(tǒng)的工作模式，可將DC/DC變換器的工作分為正向Boost模式和反向Buck模式。正向Boost模式時(shí)，即蓄電池和超級(jí)電容共同向負(fù)載供電，同時(shí)蓄電池向超級(jí)電容充電。反向Buck模式時(shí),即負(fù)載側(cè)反響能量給蓄電池和超級(jí)電容供電，同時(shí)蓄電池向超級(jí)電容充電。在三端口變換器的工作過程中，根據(jù)蓄電池和超級(jí)電容的工作特性，是由蓄電池給超級(jí)電容充電的，正向模式下同時(shí)向負(fù)載供電，反向模式時(shí)負(fù)載給兩者充電。圖4.3中為蓄電池和超級(jí)電容器通過隔離變壓器耦合輸出的等效電路圖，三個(gè)端口能量傳遞大小由電壓源和各端口之間的移向角決定。分析中忽略勵(lì)磁電流，認(rèn)為蓄電池電壓趨于穩(wěn)定不變，由于超級(jí)電容電壓的變換范圍較大，故在超級(jí)電容側(cè)采用占空比控制。即根據(jù)超級(jí)電容器端電壓的變化，使其所連接的全橋拓?fù)鋯卧_關(guān)管上的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)改變，從而在相應(yīng)的變壓器繞組上生成有占空比控制的矩形電壓，取代了原來的方波電壓。蓄電池側(cè)和負(fù)載電源側(cè)的占空比：在圖4.1中變壓器的變比定義為：(4.6)其中為超級(jí)電容的最低電壓，和分別為蓄電池和輸出負(fù)載側(cè)的電壓。超級(jí)電容側(cè)占空比定義為：(4.7)為超級(jí)電容側(cè)電壓，當(dāng)超級(jí)電容側(cè)電壓最小的時(shí)候占空比=1，隨著電壓的上升，占空比逐漸減少。為了表述方便，將超級(jí)電容側(cè)和負(fù)載側(cè)電壓均折算到蓄電池側(cè)，可定義如下：(4.8)4.3DC/DC變換器的控制策略三全橋(TAB)雙向DC/DC將蓄電池和超級(jí)電容連接在一起，通過高頻耦合變壓器給燃料電池電動(dòng)汽車提供驅(qū)動(dòng)功率。當(dāng)燃料電池電動(dòng)汽車啟動(dòng)和加速時(shí)，變換器工作在Boost升壓模式，蓄電池和超級(jí)電容一起向牽引電機(jī)供電。而在剎車和制動(dòng)階段，變換器工作在Buck降壓模式，制動(dòng)能量回饋給蓄電池和超級(jí)電容。圖4.5TAB變換器控制系統(tǒng)整體框圖因此，在電動(dòng)汽車的工作模式中，都要進(jìn)行電壓控制，以使得高壓側(cè)直流母線電壓在外部擾動(dòng)的情況下保持穩(wěn)定。同時(shí)，為了防止蓄電池和超級(jí)電容過充和過放電，對(duì)蓄電池和超級(jí)電容的充放電進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)，因此需要進(jìn)行電流控制。三全橋DC/DC變換器在輸入端串聯(lián)有直流電感，使得輸入電流連續(xù)，易實(shí)現(xiàn)電流控制。該變換器的控制系統(tǒng)，采用平均電流控制方式，即電壓外環(huán)控制輸出直流母線電壓，電流內(nèi)環(huán)控制來自兩個(gè)輸入端的電感電流，系統(tǒng)的電壓電流雙閉環(huán)控制框圖如圖4.5所示。為了討論方便，圖中的反響系數(shù)均取為1。TAB變換器電流內(nèi)環(huán)解耦設(shè)計(jì)在三全橋(TAB)雙向DC/DC變換器中，電感電流與移向角之間的增益矩陣不是對(duì)角陣，即移向角、均影響、，而、也均受到、的影響。很明顯，在TAB變換器系統(tǒng)的兩個(gè)電流環(huán)之間存在著相互干擾，可通過引入特殊的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)來消除這種相互干擾，即解耦網(wǎng)絡(luò)。解耦網(wǎng)絡(luò)的作用是將一個(gè)多變量的控制系統(tǒng)分解為一個(gè)獨(dú)立控制的單環(huán)系統(tǒng)。即使輸入輸出相互關(guān)聯(lián)的多變量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)每一個(gè)輸入僅控制相應(yīng)的一個(gè)輸出，每一個(gè)輸出也僅受相應(yīng)的一個(gè)輸入控制，即實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的控制，解除輸入與輸出之間的耦合，成為解耦控制。在線性定常連續(xù)系統(tǒng)中，通常有兩種實(shí)現(xiàn)解耦的方法，即串聯(lián)補(bǔ)償器解耦和前饋補(bǔ)償器解耦。本文采用串聯(lián)補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的解耦?？芍?，使多變量系統(tǒng)成為解耦系統(tǒng)，即使其傳遞函數(shù)矩陣對(duì)角化，通過選擇和設(shè)計(jì)串聯(lián)補(bǔ)償器—解耦網(wǎng)絡(luò)H，使矩陣G和H的乘積為對(duì)角陣，即，所以可以推導(dǎo)出解耦網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)矩陣：(4.8)取(4.9)(4.10)可將化為：(4.11)由上式可知，通過設(shè)計(jì)解耦網(wǎng)絡(luò)H，可使原來互相耦合的系統(tǒng)變成一對(duì)一控制的單變量控制系統(tǒng)。從而實(shí)現(xiàn)輸入電感電流和的自治控制，如圖4.6所示為電流內(nèi)環(huán)系統(tǒng)解耦控制圖。圖4.6電流內(nèi)環(huán)解耦控制系統(tǒng)圖其中和是電感電流和的等效閉環(huán)系統(tǒng)中的開環(huán)傳遞函數(shù)，可根據(jù)變換器系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)，分別對(duì)和控制回路的電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)計(jì)。電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)電流內(nèi)環(huán)解耦后的傳遞函數(shù)：(4.12)(4.13)首先對(duì)電感電流的電流內(nèi)環(huán)進(jìn)行補(bǔ)償環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)校正裝置時(shí)主要以波特圖(BodeDiagram開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性曲線)作為研究工具，因?yàn)樗梢詼?zhǔn)確地提供穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕度的信息，來衡量閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。由于實(shí)際系統(tǒng)要求電流環(huán)具有良好的跟隨性和穩(wěn)態(tài)精度，減少或消除穩(wěn)態(tài)誤差，因此需要有一個(gè)積分環(huán)節(jié)。并使開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線在高頻段截止頻率處的斜率為，因此此處選用具有兩個(gè)微分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：(4.14)根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能的要求，取電流環(huán)的截止頻率為，取，，，可以對(duì)消掉控制對(duì)象中的大慣性環(huán)節(jié)，提高開環(huán)截止頻率，加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的降階和簡(jiǎn)化。根據(jù)上述參數(shù)的取值那么可計(jì)算校正后系統(tǒng)的相角裕度°，滿足通常要求的°70°的范圍。經(jīng)過PID調(diào)節(jié)器補(bǔ)償后的電流內(nèi)環(huán)等效回路增益函數(shù)的波特圖如4.7所示。圖4.7補(bǔ)償后的電流內(nèi)環(huán)等效回路增益函數(shù)的波特圖電感電流的電流內(nèi)環(huán)進(jìn)行補(bǔ)償環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與具有相同的方法和步驟，采用PID調(diào)節(jié)器補(bǔ)償，設(shè)計(jì)出的傳遞函數(shù)為：(4.15)經(jīng)PID補(bǔ)償后的電流內(nèi)環(huán)等效回路增益函數(shù)的波特圖如圖4.8所示：圖4.8電流內(nèi)環(huán)等效回路增益函數(shù)的波特圖(實(shí)線對(duì)應(yīng)未校正，虛線對(duì)應(yīng)加校正環(huán)節(jié))4.4小結(jié)本文運(yùn)用三端口雙向DC/DC變換器和一定的控制電路,控制三口之間能量交換的大小和方向,從而實(shí)現(xiàn)能量的合理利用.且通過調(diào)節(jié)一個(gè)PWM的占空比,控制系統(tǒng)的能量環(huán)流,從而使得整個(gè)系統(tǒng)的能量損失到達(dá)最少,該變換器系統(tǒng)在混合燃料電動(dòng)車輛中及及分布式發(fā)電等混合能流管理系統(tǒng)中,有著廣泛的應(yīng)用前景.5儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量管理策略與實(shí)現(xiàn)5.1引言 許多風(fēng)電場(chǎng)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、并網(wǎng)方便的異步發(fā)電機(jī)直接和電網(wǎng)相連。異步發(fā)電機(jī)靠轉(zhuǎn)差率調(diào)整負(fù)荷，發(fā)電機(jī)定子頻率由電網(wǎng)頻率決定，在運(yùn)行過程中要吸收無(wú)功功率，如果系統(tǒng)無(wú)功缺乏或支撐能力不強(qiáng)，在電網(wǎng)故障影響下，系統(tǒng)母線電壓下降，風(fēng)電場(chǎng)輸出的電磁功率減少，風(fēng)電場(chǎng)中異步發(fā)電機(jī)可能因超速退出運(yùn)行;假設(shè)保護(hù)沒有正常切除風(fēng)電機(jī)組，那么風(fēng)電機(jī)組的機(jī)端電壓無(wú)法重建，嚴(yán)重時(shí)將使得系統(tǒng)特別是風(fēng)電場(chǎng)附近母線電壓持續(xù)下降不能恢復(fù)正常，產(chǎn)生電壓崩潰。另一方面，由于風(fēng)能為間歇性能源，風(fēng)電機(jī)組有功功率的輸出隨著風(fēng)速的變化而變化，風(fēng)電機(jī)組不能提供持續(xù)穩(wěn)定的有功功率輸出，采用串聯(lián)無(wú)源補(bǔ)償裝置可以維持風(fēng)力發(fā)電電源接入點(diǎn)電壓的穩(wěn)定，但不能調(diào)節(jié)風(fēng)電場(chǎng)輸出的有功功率；而采用儲(chǔ)能系統(tǒng)那么可以同時(shí)控制風(fēng)力發(fā)電電源接入點(diǎn)電壓和風(fēng)力發(fā)電輸出的有功功率。目前，超級(jí)電容器儲(chǔ)能裝置大多采用并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，這種接入方式主要是考慮對(duì)風(fēng)電場(chǎng)有功功率的調(diào)節(jié)，對(duì)電壓持續(xù)下降情況下的無(wú)功調(diào)節(jié)能力缺乏，而串聯(lián)補(bǔ)償方式具有良好的電壓調(diào)節(jié)能力。因此，假設(shè)采用雙變換器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)串并聯(lián)補(bǔ)償[1，7]，那么具有綜合電能調(diào)節(jié)能力。本章提出利用串并聯(lián)型超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)減小風(fēng)電輸出功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響，在建立了基于雙變換器的串并聯(lián)補(bǔ)償式超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的根底上，設(shè)計(jì)了控制器，基于Matlab/S恤ulink的仿真分析研究超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)平滑風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出的影響及改善風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。5.2串并聯(lián)型儲(chǔ)能系統(tǒng)工作原理圖5.1給出一種串并聯(lián)型儲(chǔ)能系統(tǒng)的電路，變換器I經(jīng)電感、電容濾波后并接在電網(wǎng)兩端，稱之為并聯(lián)補(bǔ)償變換器；變換器II經(jīng)電感、電容和變壓器輸出的電壓串聯(lián)在系統(tǒng)電壓和負(fù)載電壓和之間，稱之為串聯(lián)補(bǔ)償變換器。因此，串并聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)可同時(shí)有串聯(lián)和并聯(lián)補(bǔ)償?shù)男Ч?。并?lián)補(bǔ)償可以向系統(tǒng)注入電流，通過并聯(lián)補(bǔ)償可以控制電力系統(tǒng)的有功功率和無(wú)功功率的平衡。串聯(lián)補(bǔ)償可以向系統(tǒng)注入一個(gè)可連續(xù)改變的電壓分量，通過串聯(lián)補(bǔ)償可以方便的抵消系統(tǒng)電壓的波動(dòng)成分，消除系統(tǒng)可能產(chǎn)生的供電電壓暫降。因此串聯(lián)補(bǔ)償可以保障供電電壓的穩(wěn)定性。圖5.1串并聯(lián)型儲(chǔ)能電路結(jié)構(gòu)將串并聯(lián)型儲(chǔ)能系統(tǒng)用于風(fēng)力發(fā)電，并聯(lián)補(bǔ)償可以有效的改善風(fēng)電的不確定因素，串聯(lián)補(bǔ)償可以有效的提高供電電壓的可靠性，抑制電壓暫降。5.3串并聯(lián)型超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型能量雙向流動(dòng)的變流器可實(shí)現(xiàn)直流側(cè)的超級(jí)電容器組與交流電網(wǎng)之間的能量交換?？紤]到變流器開關(guān)變換過程迅速，可采用不計(jì)調(diào)制波頻率動(dòng)態(tài)變化過程的變流器數(shù)學(xué)模型?？紤]到三相三線制系統(tǒng)的三相電流之和為0，可不考慮零序分量。因此，本文采用低頻變流器數(shù)學(xué)模型，該模型在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下可表示為:式中:K為比例系數(shù):占為BESS輸出電壓與系統(tǒng)電壓的夾角是可控量;vs為系統(tǒng)電壓有效