研究背景
随着我国近年来风电的快速发展，风电在电网中的渗透率不断提高，已成为电网中第三大电源。同时，近几年中国风电的发展速度也领跑全球，成为了名副其实的风电大国。伴随着风电装机容量的快速增长，其负面作用也逐渐体现。风电作为一种可再生能源，同样拥有较大的不确定性。风速的随机变化、风力的反调峰特性等因素，使风电出力存在较大的波动性，对电网的电压质量产生影响。风电出力波动对电压质量的影响主要体现在电压波动和闪变、电压暂降、电压偏差等方面，而风电出力波动主要来源于风速的变化。因此，通过研究风速的变化规律，预测风速变化信息，对于改善因为风电出力变化造成的电压质量问题具有较大的意义。围绕风速预测的应用，国内外已有许多较为成熟的研究，并提出了多种模型匹配风速的变化规律。目前对于风速预测的研究主要着眼于预测的精度，而对预测结果的应用以及对于改善风电的负影响的探索较为缺乏。电压质量的改善可以通过多种方法进行，改善效果及相应成本的区别也较大。在各种改善方法中，利用调节系统根据电网实时数据主动补偿风电出力的方法具有较高的灵活性，可以较为广泛地应对不同状况。利用储能装置，结合风速预测结果进行相关的配置，可以提高系统调节系统的有效性及经济性。本文基于ARMA模型预测了短时的风速时间序列，构建了基于超级电容器-蓄电池混合储能的电压质量调节系统，针对风电系统状态改变过程中因为风速波动产生的电压暂降问题进行了研究，并设计了储能容量的配置策略，并通过仿真验证了调节系统的有效性。
主要创新点
以ARMA模型预测得到的风速时间序列为基础，建立了基于超级电容器-蓄电池混合储能的风电电压质量调节系统。调节系统接于风电机组出口，补偿风电出力并稳定出口电压，缓解系统状态发生改变时因为风电出力波动产生的电压暂降问题。根据风速预测得到风电系统的能量和功率缺额，设计了储能装置的配置策略，提高储能系统的经济性。
解决的问题和意义
本文针对风电出力的波动情况，设计了一种基于超级电容器-蓄电池混合储能的电压质量调节系统及相关的储能配置策略。利用ARMA模型作为风速预测的基准模型，根据已知的风速参数计算一段时间内的风速时间序列，实现短时风速的预测。在PSCAD/EMTDC平台上搭建风电系统模型，研究了系统状态改变（风电机组并网）时，因为风电出力波动产生的电压暂降问题，并针对该问题提出了电压质量调节系统的模型。根据仿真中电压质量问题发生过程中的能量和功率缺额，设计了超级电容器和蓄电池容量的配置策略。仿真结果实现了对电压暂降的抑制，并对伴随的电压波动有一定的缓解，验证了调节系统及储能配置策略的有效性。本文工作将为我国分布式风电在电网中的推广及安全稳定运行提供参考。
后续研究
后续研究方向为多分布式电源接入下的系统电压质量监测及治理。
重要图表
第一作者管晟超
团队介绍
上海交通大学电力传输与功率变换控制教育部重点实验室负责人为程浩忠教授，旨在开展电力能源安全与保障、节能、大容量电力变换方面的应用基础研究，提供自主创新成果、解决能源领域重大科技难题与关键技术。实验室围绕能源领域亟需解决的科技难题，研究和发展电力传输与功率变换控制的先进理论和技术，构建了面向应用基础研究的国内一流科研平台，为国家能源发展和行业技术进步提供了理论支撑和技术引领。实验室以电气工程学科的电力传输与功率变换控制为主线，既涉及到电力能源的先进电力安全运行与保障，又涉及到能源领域的节能、高效开采和新能源开发，其中城市电网安全与保障、大容量电力变换、风力发电、电动汽车充电等方面具有国内一流成果。
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