为了平抑2 MW直驱式永磁同步风力机组的功率波动,提出了新型的全钒液流电池-超级电容混合储能系统。对基于混合储能的双三电平二极管箝位型永磁同步风电系统进行了分析,然后对全钒液流电池和超级电容的等效电路模型、充放电特性、协调控制策略进行了研究。采用双向DC/DC变换器进行混合储能系统的能量管理,并对其协调控制策略进行了研究。建立了三电平直驱式永磁同步风电系统及混合储能系统的仿真模型,对直驱式风电机组运行特性进行仿真验证。结果表明:采用现场采集风速数据导入仿真模型,在风功率波动较大时,混合储能系统能够平滑风电系统输出功率波动,稳态时风力发电机出力基本稳定在1.25 MW,提高了风电系统的可控性和电网友好性。 任永峰，胡宏彬，薛宇，等：全钒液流电池超级电容混合储能平抑直驱式风电功率波动研究2129图1基于混合储能的双三电平二极管箝位型永磁同步风电系统Fm图2为VRB考虑荷电状态的Thevenin等效电路。考虑到VRB的物理和数学特性，做了以下等效：①荷电状态soc代表活性化学物质数量，被等效成一个动态更新的变量，表示为电池剩余容量占电池额定容量百分比；②电池堆电势被等效成一个受控电压源Ustack，大小受soc的变化影响，③泵升损耗被等效成一个受控电流源，通过泵损电流Ipump控制，Ipump由流过电池组堆的电流Istack和soc决定。V全钒液流电池-电动折弯机数控钢管倒角机滚弧机张家港钢管滚圆机滚弧机RB的功率损耗主要有等效内阻损耗(由电化学反应内部损耗Rreaction、电堆内部电流损耗Rresistive引起)和外部寄生电阻损耗Pparasitic(分为固定电阻Rfixed的损耗和泵损Ppump)，Celectrodes为单体电池电容。本文由公司网站滚圆机网站采集转载中国知网资源整理!www.wanguanji138.comVRB等效电路参数值是在效率为79%、20%荷电状态额定放电电流的较恶劣的条件下(损耗为21%：内部损耗为15%和寄生损耗为6%)计算的[13]。电池堆输出的功率为ratedstack121%PP=(1)式中Prated为电池额定功率。根据Nernst方程，单体电池电压Ucell与其soc之间的关系为oVRB电堆均衡电势；R为流体常数，其值：8.3145J/(K·mol)；T为常温298K；F0为Faraday常数，其值：96500C/mol。图2全钒液流电池等效电路模型损耗为等效电堆旁路阻抗损耗和流体泵升损耗之和，任永峰，胡宏彬，薛宇，等：全钒液流电池超级电容混合储能平抑直驱式风电功率波动研究2133图9VRB-SC混合储能系统平抑风电输出Fig.t电的吸纳能力。混合储能系统出力显示随着风速的快速变化，储能环节快速充放电，充放电功率最大达到了1MW，在设计范围之内，全钒液流电池出力变换较平缓，补偿相对平缓、低频风功率波动，超级电容出力变化较快，平抑风速突变引起的高频风功率变化，较好的实现了平滑风电机组输出功率的动态波动。储能系统总体充放电电流波形与出力曲线非常接近，这是因为在此过程中直流母线电压基本稳定。4结论1）稳态运行时，风电机组以单位功率因数向电网馈入电网友好型清洁能源。2）VRB+SC混合储能系统可实现能量的双向传输、控制与管理，风电并网功率波动很小，取得了很好的平滑风电输出能力。3）加入具有灵活响应特性的混合储能系统，风电基本上可等效为常规电源，推广应用于大型风电场，可提高电网对风电的吸纳能力和电网对风电的可调度性。4）在混合储能系统容量配比和协调控制策略优化方面有待进一步深入研究，本文的研究工作对混合储能应用于大型风电场平抑功率波动研究具有理论意义和工程价值。参考文献R全钒液流电池-电动折弯机数控钢管倒角机滚弧机张家港钢管滚圆机滚弧机本文由公司网站滚圆机网站采集转载中国知网资源整理!www.wanguanji138.com