外文翻译译文电池储能加强风力发电机在电力系统集成

电池储能加强风力发电机在电力系统集成Sharad W. Mohod and Mohan V. Aware摘要风力发电，因其在电网的电网穿透率因而正在覆盖到世界各地。

由于其随时间变化的性质和造成稳定性的问题，风力发电是一直波动的，这种弱的互联风在电网的发电来源会直接影响电能质量和它的可靠性，局部能源库应当赔偿波动功率和支持加强电力的风力发电机系统。

在本文中提出了在电流控制模式下电压源逆变器(VSI)蓄能，即通过直流总线的电池。

风力发电测量出风速的变化，并储存在蓄电池中，这个储能直流电压保持在整个刚性总线的电压源逆变器上，所提出来的方案提高了电力系统的可靠性和稳定性和维护单位功率因数，它也可以运行在电力系统的独立模式下，在风力发电的功率交换和动态情况下的负载是可行的，在普通点耦合时能保持规范的电能质量。

它加强了电力系统的薄弱电网部分，在这种控制策略评估动态条件使用测试模拟系统，结果通过比较，验证了控制器的性能。

关键词：Terms-Battery储能；电能质量；风能发电系统。

1.简介在最近几年，风力发电已经作为一种干净的和取之不尽，用之不竭的新能源而备受关注的，风力发电的普及率已经在世界各地持续增加，电力发电可再生能源投资的增长速度也正在世界范围内增加，德国大约有16%的电力来自风能，丹麦也有12%电力来自风能，美国正在计划产生20%的来自风能的电力，印度是全球第五大风能生产国，其在2009年总风电潜力估计为45195兆瓦，装机容量为10925兆瓦。

然而，风电场输出功率是波动的，并且会影响到互联电网。

所以这就需要一些措施来减少输出波动率并保持在网格的电能质量。

已经做了很多评估研究试图减轻风力发电系统的影响，在互联电网系统有一些基于氢，电容器，电池储能和超导磁储能的形成研究。

在日本，电池储能被用于减缓风电场稳定短期波动输出的变化，提出了大量的能量储存为了提供所需设备去管理风电波动，加强风力吸收，实现节省燃料成本，并减少CO2排放的目的。

提出的一种统计方法就是利用两节电池储能，其中风力是用于一个充电电池储存，而另一个是用于放电电池储存，该控制方法是为电池充电状态提出的，静态补偿器和储能电池固定速度的风力发电机为电力系统提高了电能质量和增加了稳定性。

风力发电渗入到电力系统将会增加对风力变速的进一步运用以容纳电力系统的最大功率，因此，它通过今天的电池储能促进了风力发电系统，电池储存能对充电放电快速反应，使它在电力系统中作为一个恒定电压源，当风速波动，特别是在高输出低于正常运行速度时，电池储存是有效的，因此，输出曲线平滑很大程度上取决于电池的储能能力。

在本文中，该系统在加强电力系统上是高效和经济。

为了验证该系统的有效性，电池储存和风力发电系统提出了电流电压源逆变器的控制方式，位置控制器在MATLAB/Simulink 中模拟运行是基于瞬时建模的，提出电能储存的控制系统有以下目标：*在公共耦合总线的单位功率因数*风力发电机的无功功率支持和电池负载*在电网故障情况下独自操作本文结构如下：第2部分介绍了广义薄弱网络系统，第3部分给出了系统配置加强了电力系统，第4部分提出了数学模型，第5部分介绍了系统的性能，第6部分是结论总结。

2.薄弱网格系统的弱发电机广义风力发电机接口系统在电力系统中对各侧都有电压，风力发电机所连接的总线是电力系统中的一个薄弱节点，它可以通过阻抗连接到强大的网格上，如图1.所示。

在广义电力系统中，三相电源被对称地发送，线电压与倍相电压相等，并且总3的三相功率恒定，电压降阻抗可以写成：V 1−V 2= IZ （1）3 其中V 1和V 2是均方根(RMS)电压，I 是均方根电流，Z 是传输阻抗线路以及变压器进网格。

在公共连接点（PCC ），风电场和本地负载也连接起来，风力连接的短路功率SK 可以写成：(2) Z /V S 21k图1 .电力系统的广义风力发电机风力发电量的变化通过阻抗Z 就会引起电流的变化，这些电流的变化又会引起电压V 2的变化。

在实践中，使网络连接短路比小于2.5是可以避免的，因为它增加了电压波动被称为弱网格。

阻抗Z=R+JX 是存在于基波频率中的，普遍存在的阻抗谐波为：Z h = R + jhX (3)其中h 是谐波顺序，也就是说，感应电抗随着频率线性变化。

风力发电量和负荷的组合表示为P+jQ ，其中P 是有功功率，Q 是无功功率。

无功功率则依赖于电压和电流相位之间的移动，如式（4）：(4) )P Q (tan 1-=φ 风力的无功功率对电压V 2有一定的影响，这些影响依赖于本地负载和反馈的电网阻抗，因此，在风能产生电力系统中使用能量储存系统去强化弱电网是很有必要的。

3 .加强系统的系统配置该储能加强了风力产生的网格在电力系统上配置其工作原理和所述开关逆变器的控制策略，如图2所示：图2.储能加强风力发电机的计划3.1工作原理在这个系统中，电源电流的大小是通过瞬时电流源、功率变换器和负载来测定的，电池作为一种能源达到电压调节的目的，该风能发电系统被连接到不受控制的整流桥，其输出电压为可变直流，并且连接到电池储存充电。

该电池还可以从低需求的电网中带电，用于调峰需求，误差电流可以在公共耦合点的网格注入电流控制电压源逆变器。

3.2系统的控制策略利用该控制策略去加强风力发电系统，如图3所示。

在实施控制策略并入电网系统过程中，直流环节需要通过功率变换器连接风能发电系统并入电网中，感应发电机的输出是通过整流器的第一轮转换，电池储能系统的（BESS ）的直流电压与参考值连接，它的误差会被送入比例积分器，比例积分控制器的输出被乘以一个基准正弦波发生器，因此，可以得到预期的参考电流I*Ref ，实际电流可以通过电流传感器从所需的参考电流检测和削减出来，使误差发送到滞后电流模式控制器生成开关模式。

因此，这种控制策略在电网系统的开关逆变器中作为一种瞬时脉冲宽度调制的电流反馈控制方法（PWM ）。

图3.系统的控制策略图4.PWM 瞬时反馈控制逆变器运行的电流控制模式表现为： i ia sa i ia i ia L /)'(L /i )R (dt di ν-ν+-= （5）（6） i ib sb ib i t ib L /)'(Li /i )R (d di ν-ν+-=i ic sc i ic i ic L /)'(L /i )R (dt di ν-ν+-= (7 ) (8) C /)S i S i S i (dtd C ic B ib A ia dc ++=νia ν，和是逆变器电压，，和PCC 电压，是逆变器电流，通过ib νic νsa 'νsb 'νsc 'νic ib ia i i ,i 和和参考电流的比较获得开关信号，是实际的源电流，误差电sc sb sa *i *i ,*i 和sc sb sa i i i 和，流被应用于滞后控制器，会对开关电源产生正确的信号，是开关进行开和c b a i i ,i ∆∆∆和关的操作，直到电流超过或者低于有效值。

在这种技术中，一种独立的比较器用于驱动逆变器，一个三臂桥逆变器的导通状态用三变量逻辑开关函数表示，分别是。

滞后控制器相位A 反转得到开关函数的特性，这一特性构成C B A S S ,S 和)i (f S a A ∆=了所描述的磁滞回线。

（9）2/h i if ,1S 2/h i if ,0S a A a A >∆=-<∆= 其中，h 表示环的宽度，表示开关的状态。

1'S 0S A A ==和 由于这种开关函数，逆变器用电源电流无谐波的方式将电流注入电网中。

注入的电流将会抵消一部分有反应性的和高次谐波的负载电流，从而提高功率因数，为了实现这个目标，电网检测并产生电流同步逆变命令，一个三相平衡电压源在电网上被表示为：（10）)120t sin(V )120t sin(V )t sin(V o c sc o b sb a sa +ω=ν-ω=νω=ν 因此，对于比较的参考电流必须来自源（电网）电压，这些电流可以表示为：（11）)240t sin(I i )120t sin(I i )t sin(I i o sc o sb sa -ω=-ω=ω= 其中I 和幅值滤波相电源电压成正比，这确保了控制电流源是为了看正弦波时电源电压是否平衡。

风力发电系统和储能电池系统是最合适的，因为它可以迅速注入或者吸收无功功率去稳定电网，它还以非常快的速度控制这些线路分布和传输系统。

4.风力电池发电系统的数学模型风力电池发电系统的数学模型描述如下：4.1风能发电系统感应发单机已用风涡轮发电系统，因为它的优点就是从变速原动机发电，与同等级的其他机器相比，更适合高速运行，便于维护，降低成本，电压和频率控制的电网，风力发电系统输出功率表示为：(12) 3win AV 21P ρ=是空气密度，A(m 2)是通过的涡轮叶片横扫的区域，利用所有的风能是不可能)m .kg (3-ρ实现的，因而只能提取一部分的风能，被称为风力涡轮功率系数C P ，如下式表示：(13)wind p mech P C P =其中P mech 是风力发电机的机械功率；(14) 59.01716Cp ==这也被称为Betz’ s 限制。

这个系数可以表示包含速度和倾角的函数，它是一个高度非线性的λ和θ的函λθ数的功能，如果机械扭矩T mech 被应用，可以很方便地生成系统，其中是计算涡轮转ω速的。

turbine mech mech /P T ω= (15)因此：)V ,(f P wind turbine mech ω= (16)(17) p wind 2C V R 21Pmech ∏ρ=其中，V win 是风的速度，单位是m/s 。

图5.直流电池存储和风力风电机4.2直流电池和风力发电机在逆变器中，电容器作为中间元件，减弱了风力发电系统，电网系统系统如图3所示，使用来建模的电容器比电 感更加有效和昂贵。

（18） b )inv (dc )inv (dc dc I I I V dt d C --= 其中C 是电路电容，V dc 是整流电压，I dc （矩形）是整流后的直流测电流，I dc (mv) 是逆变器直流侧电流，如图5所示。

电池存储连接到直流电网，由一个电压源Eb 和一个内部电阻Rb 代表，内部电压随着电池充电而变化，终端电压V dc 表示如下：（19）bb b dc R I E V -= Ib 代表电池电流。

保持足够的直流链接级以满足电压逆变器是很有必要的。

（20） inv dc V M 22V ≥ V inv 是到线中性的电压逆变器电压，交换频率是2kH, 输出频率是50HZ,M 是调制指数（0.9），因此，这个直流线性电路专门为800V 。