基于储能的风电机组故障电压穿越自适应协调控制

陈浔俊; 耿光超; 江全元

doi:10.7500/AEPS20220818002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于储能的风电机组故障电压穿越自适应协调控制

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 基于储能的风电机组故障电压穿越自适应协调控制
- Adaptive Coordinated Control of Fault Voltage Ride-through for Wind Turbine Based on Energy Storage
- 电力系统自动化 2023年47卷第7期页码：158-165
- 作者机构：
  
  浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
- 作者简介：
  
  陈浔俊(1995—)，男，博士研究生，主要研究方向：储能在新能源电力系统中的应用。E-mail：cxj11@zju.edu.cn
  耿光超(1985—)，男，通信作者，博士，副教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统高性能计算、储能在电力系统中的应用。E-mail：ggc@zju.edu.cn
  江全元(1975—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统稳定与控制、储能在电力系统中的应用。E-mail：jqy@zju.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52177120);已申请国家发明专利(202210221183.4)
- DOI：10.7500/AEPS20220818002
  中图分类号：
- 收稿：2022-08-18，
  
  修回：2022-10-09，
  
  网络出版：2022-11-15，
  
  纸质出版：2023-04-10
- 稿件说明：
移动端阅览
陈浔俊,耿光超,江全元.基于储能的风电机组故障电压穿越自适应协调控制[J].电力系统自动化,2023,47(7):158-165.

CHEN Xunjun,GENG Guangchao,JIANG Quanyuan.Adaptive Coordinated Control of Fault Voltage Ride-through for Wind Turbine Based on Energy Storage[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(7):158-165.
陈浔俊,耿光超,江全元.基于储能的风电机组故障电压穿越自适应协调控制[J].电力系统自动化,2023,47(7):158-165. DOI： 10.7500/AEPS20220818002.

CHEN Xunjun,GENG Guangchao,JIANG Quanyuan.Adaptive Coordinated Control of Fault Voltage Ride-through for Wind Turbine Based on Energy Storage[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(7):158-165. DOI： 10.7500/AEPS20220818002.

摘要

为解决风电机组故障电压穿越所需储能容量大的问题，保证机组并网稳定性，提出一种基于储能的风电机组电压穿越自适应协调控制方法。所提控制方法在风电机组并网公共连接点处配置储能，根据储能与转子调节功率余量，引入自适应协调系数，实时分配储能补偿功率与转子惯性调节功率，实现风电机组与储能之间的协调控制。故障期间，转子能够及时响应并调节转速，使得转速保持在允许范围内，有利于风电机组承受长时间的连续电压穿越。同时，相较于无协调控制和固定比例系数协调控制，所提控制方法能够进一步减少故障期间所需储能补偿功率与容量。最后，建立双馈感应与永磁同步风电机组仿真模型，进行了电压连续穿越的对比仿真，同时搭建硬件在环实验平台，进行实验验证。仿真和实验结果证明了所提自适应协调控制策略的有效性。

Abstract

In order to solve the problem of required large energy storage capacity during wind turbine voltage ride-through and ensure the grid-connected stability of wind turbines

an adaptive coordination control method of voltage ride-through for wind turbines based on energy storage is proposed. The proposed control method configures the energy storage at the point of common coupling. According to the power margin of energy storage and rotor adjustment power

an adaptive coordination coefficient is introduced

and the compensation power of energy storage and adjustment power of the rotor inertia are distributed in real time. Thus

the coordination between the wind turbine and energy storage can be implemented. During the fault

the rotor can respond in time and adjust the speed within the allowable range

which is beneficial for the wind turbine to withstand long-term continuous voltage ride-through. Meanwhile

compared with the non-coordinated control and the fixed proportional coefficient coordinated control

the proposed control method can further reduce the required compensation power and capacity of the energy storage during the fault. Finally

the doubly-fed induction generator model and permanent magnetic synchronous generator model are built

and the comparative simulation of continuous voltage ride-through is carried out. Meanwhile

a hardware-in-loop experimental platform is built for the experimental verification. Simulation and experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed adaptive coordinated control strategy.

关键词

Keywords

references

王雪梅，王艺博，刘雨桐，等 . 基于虚拟电抗的主动支撑型新能源机组低电压穿越控制方法［J/OL］. 电网技术［ 2022-02-16 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？dbcode=CAPJ& dbname=CAPJLAST&filename=DWJS20220215006&uniplat form=NZKPT&v=qD8pKR4Ao-Cd1YLvR0Rda_h4HtWlP5Z JKPZG2J0D9C3oNVvF-j1aAm0RnFs2Oz5m https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CAPJ&dbname=CAPJLAST&filename=DWJS20220215006&uniplatform=NZKPT&v=qD8pKR4Ao-Cd1YLvR0Rda_h4HtWlP5ZJKPZG2J0D9C3oNVvF-j1aAm0RnFs2Oz5m .

WANG Xuemei ， WANG Yibo ， LIU Yutong ， et al . Low voltage ride through control method of actively supported new energy unit based on virtual reactance ［J/OL］. Power System Technology ［ 2022-01-11 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？dbcode=CAPJ&dbname=CAPJLAST&filename= DWJS20220215006&uniplatform=NZKPT&v=qD8pKR4Ao-Cd1YLvR0Rda_h4HtWlP5ZJKPZG2J0D9C3oNVvF-j1aAm0R nFs2Oz5m https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CAPJ&dbname=CAPJLAST&filename=DWJS20220215006&uniplatform=NZKPT&v=qD8pKR4Ao-Cd1YLvR0Rda_h4HtWlP5ZJKPZG2J0D9C3oNVvF-j1aAm0RnFs2Oz5m .

姚骏，陈西寅，夏先锋，等 . 含飞轮储能单元的永磁直驱风电系统低电压穿越控制策略［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 13 ）： 38 - 44 .

YAO Jun ， CHEN Xiyin ， XIA Xianfeng ， et al . A low voltage ride-through control strategy for direct-driven permanent magnet wind power generation system with flywheel energy storage unit ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 13 ）： 38 - 44 .

周昌平，汪震，甘德强，等 . 双馈风机并网系统高电压穿越控制策略稳定性分析［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2022-02-16 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？dbcode=CAPJ& dbname=CAPJLAST&filename=ZGDC20210830001&uniplat form=NZKPT&v=3UDY-INjhgrBYwlWuUwhozNUj3gSuaD CyzBRgjLm9aQbHAJuxm5QYEkwQ6UhFAgw https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CAPJ&dbname=CAPJLAST&filename=ZGDC20210830001&uniplatform=NZKPT&v=3UDY-INjhgrBYwlWuUwhozNUj3gSuaDCyzBRgjLm9aQbHAJuxm5QYEkwQ6UhFAgw .

ZHOU Changping ， WANG Zheng ， GAN Deqiang ， et al . Stability analysis of high voltage ride through control strategy for DFIG integrated system ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2022-02-16 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？dbcode=CAPJ&dbname=CAPJLAST&filename=ZGDC20210830001& uniplatform=NZKPT&v=3UDY-INjhgrBYwlWuUwhozNUj3gSuaDCyzBRgjLm9aQbHAJuxm5QYEkwQ6UhFAgw https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CAPJ&dbname=CAPJLAST&filename=ZGDC20210830001&uniplatform=NZKPT&v=3UDY-INjhgrBYwlWuUwhozNUj3gSuaDCyzBRgjLm9aQbHAJuxm5QYEkwQ6UhFAgw .

李少林，王伟胜，王瑞明，等 . 双馈风电机组高电压穿越控制策略与试验［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 16 ）： 76 - 82 .

LI Shaolin ， WANG Weisheng ， WANG Ruiming ， et al . Control strategy and experiment of high voltage ride through for DFIG-based wind turbines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 16 ）： 76 - 82 .

孙丽玲，王艳娟 . 电网电压对称骤升时DFIG暂态电流分析及限流电阻阻值优化［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 7 ）： 123 - 129 .

SUN Liling ， WANG Yanjuan . Transient current analysis and current limiting resistance optimization of DFIG under symmetric voltage swell ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 123 - 129 .

李曼，王冰，曲立楠，等 . 基于暂态功率特性调整无功电流的高电压穿越控制策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 6 ）： 59 - 66 .

LI Man ， WANG Bing ， QU Linan ， et al . Control strategy of high voltage ride through for adjusting reactive current based on transient power characteristics ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 6 ）： 59 - 66 .

郭强，王鹤，聂永辉，等 . 考虑恢复暂态过程的直驱发电系统低电压穿越模型参数解耦辨识方法［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 10 ）： 3430 - 3440 .

GUO Qiang ， WANG He ， NIE Yonghui ， et al . Decoupling identification method of low-voltage ride-through model parameters of direct drive power generation system considering recovery transient process ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 10 ）： 3430 - 3440 .

王德胜，颜湘武，贾焦心，等 . 永磁直驱风机基于虚拟同步技术的高、低电压连续故障穿越策略［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 6 ）： 2164 - 2175 .

WANG Desheng ， YAN Xiangwu ， JIA Jiaoxin ， et al . High/low voltage continuous fault ride through strategy of PMSGs based on virtual synchronization technology ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 6 ）： 2164 - 2175 .

国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会 . 风电场接入电力系统技术规定第1部分：陆上风电： GB/T 19963.1—2021 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2021 .

State Administration for Market Regulation ， Standardization Administration . Technical specification for connecting wind farm to power system—Part 1： On shore wind power ： GB/T 19963.1—2021 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2021 .

马美婷，袁铁江，陈广宇，等 . 储能参与风电辅助服务综合经济效益分析［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 11 ）： 3362 - 3367 .

MA Meiting ， YUAN Tiejiang ， CHEN Guangyu ， et al . Analysis on economic benefit of energy storage in auxiliary service of wind power ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 11 ）： 3362 - 3367 .

李广洋，陈琳，何春 . 江苏地区陆上风电配套储能系统的经济性研究［J］. 电工电气， 2021 （ 2 ）： 62 - 65 .

LI Guangyang ， CHEN Lin ， HE Chun . Economic research on energy storage system of onshore wind power project in Jiangsu ［J］. Electrotechnics Electric ， 2021 （ 2 ）： 62 - 65 .

周鹏程，邱锋凯 . 风电场中储能电站应用场景及经济效益分析［J］. 山东电力技术， 2021 ， 48 （ 2 ）： 11 - 16 .

ZHOU Pengcheng ， QIU Fengkai . Research on application scenario and economic benefit of energy storage power station in wind farm ［J］. Shandong Electric Power ， 2021 ， 48 （ 2 ）： 11 - 16 .

ARULAMPALAM A ， BARNES M ， JENKINS N ， et al . Power quality and stability improvement of a wind farm using STATCOM supported with hybrid battery energy storage ［J］. IEE Proceedings-Generation， Transmission and Distribution ， 2006 ， 153 （ 6 ）： 701 .

GUDIMETLA B ， TELEKE S ， CASTANEDA J . Application of energy storage and STATCOM for grid quality issues ［C］// 2011 IEEE Power and Energy Society General Meeting ， July 24-28 ， 2011 ， Detroit， USA ： 1 - 8 .

杨艺云，肖静，张阁，等 . 永磁直驱风机低电压穿越协调控制策略［J］. 电气传动， 2017 ， 47 （ 7 ）： 43 - 49 .

YANG Yiyun ， XIAO Jing ， ZHANG Ge ， et al . Coordinated low voltage ride through control strategy for permanent magnet direct drive wind turbine ［J］. Electric Drive ， 2017 ， 47 （ 7 ）： 43 - 49 .

YAN L F ， CHEN X ， ZHOU X ， et al . Perturbation compensation-based non-linear adaptive control of ESS-DVR for the LVRT capability improvement of wind farms ［J］. IET Renewable Power Generation ， 2018 ， 12 （ 13 ）： 1500 - 1507 .

LIU J ， YAO W ， FANG J K ， et al . Stability analysis and energy storage-based solution of wind farm during low voltage ride through ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2018 ， 101 ： 75 - 84 .

YAO J ， LI J W ， GUO L S ， et al . Coordinated control of a hybrid wind farm with PMSG and FSIG during asymmetrical grid fault ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2018 ， 95 ： 287 - 300 .

CHEN X ， YAN L F ， ZHOU X ， et al . A novel DVR-ESS-embedded wind-energy conversion system ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2018 ， 9 （ 3 ）： 1265 - 1274 .

REN J ， XIAO X Y ， ZHENG Z X ， et al . A SMES-based dynamic current limiter to improve the LVRT capability of DFIG-based WECS ［J］. IEEE Transactions on Applied Superconductivity ， 2021 ， 31 （ 8 ）： 1 - 5 .

YANG R H ， JIN J X . Unified power quality conditioner with advanced dual control for performance improvement of DFIG-based wind farm ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2021 ， 12 （ 1 ）： 116 - 126 .

黄可，高锋阳，杜强，等 . 一种永磁直驱风力发电系统不对称电网故障下低电压穿越方法［J］. 电机与控制应用， 2017 ， 44 （ 3 ）： 96 - 101 .

HUANG Ke ， GAO Fengyang ， DU Qiang ， et al . A low voltage ride through strategy for directly-driven wind turbine with direct-drive permanent magnet synchronous generator under asymmetric fault ［J］. Electric Machines & Control Application ， 2017 ， 44 （ 3 ）： 96 - 101 .

许建兵，江全元，石庆均 . 基于储能型DVR的双馈风电机组电压穿越协调控制［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 4 ）： 14 - 20 .

XU Jianbing ， JIANG Quanyuan ， SHI Qingjun . Coordinated control of voltage ride through for DFIG wind turbine systems using energy-based DVR ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 4 ）： 14 - 20 .

WESSELS C ， GEBHARDT F ， FUCHS F W . Fault ride-through of a DFIG wind turbine using a dynamic voltage restorer during symmetrical and asymmetrical grid faults ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2011 ， 26 （ 3 ）： 807 - 815 .

KIM C ， KIM W . Coordinated fuzzy-based low-voltage ride-through control for PMSG wind turbines and energy storage systems ［J］. IEEE Access ， 2020 ， 8 ： 105874 - 105885 .

KIM C ， KIM W . Low-voltage ride-through coordinated control for PMSG wind turbines using de-loaded operation ［J］. IEEE Access ， 2021 ， 9 ： 66599 - 66606 .

KIM C ， KIM W . Enhanced low-voltage ride-through coordinated control for PMSG wind turbines and energy storage systems considering pitch and inertia response ［J］. IEEE Access ， 2020 ， 8 ： 212557 - 212567 .

CHEN X J ， LIU Z G . Impedance modeling and stability analysis of the converters in a double-fed induction generator （DFIG）-based system ［J］. Energies ， 2019 ， 12 （ 13 ）： 2500 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

考虑风速分区的风-储系统短期频率响应协同控制策略

考虑储能动态充放电效率特性的风储电站运行优化

基于相关机会目标规划的风光储联合发电系统储能调度策略

基于模型预测控制理论的风电场自动电压控制