基于氢储能的主动型永磁直驱风电机组建模与并网控制
2017第四届轨道交通供电系统技术大会
会议由中国电工技术学会主办，将于2017年11月28日在北京铁道大厦召开，研讨电工科技最新研究成果对轨道交通供电领域所带来的革新影响和应用前景，推进协同创新。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
东北电力大学电气工程学院、国网吉林省电力有限公司长春供电公司的研究人员孔令国、蔡国伟、陈冲、邢亮，在2017年第18期《电工技术学报》上撰文，针对风电并网功率波动性及高渗透弃风现象，采用共直流母线主动型永磁直驱风电机组结构，建立基于氢储能的永磁直驱风电机组模型，并提出变流器与功率管理协调控制策略。
永磁同步发电机与电解槽、燃料电池、蓄电池组汇集直流母线，考虑电解槽需电制氢、燃料电池需氢发电等特性，利用变流器协调控制及功率管理策略，实现风电功率波动抑制、降低风电弃风比例、风电绿色并网。通过PMCAD/EMTDC仿真平台，证明了模型及其控制策略的有效性，有利于风电高渗透并网运行。
目前风电装机已成为我国第三大电源及清洁能源发电支柱力量，截至2015年11月，可调度风电装机达到10 263万kW，占总装机的8.7%[1]，但由于风电具有随机、间歇、不确定性等特点，近年来风电弃风现象凸显，2015年上半年，平均弃风率为15.2%，其中吉林省高达43%[2,3]。因此，风电装机高速发展过程中，风电波动性及弃风问题已引起国内外专家和学者高度关注[4-8]。
利用氢储能解决风电上网波动及弃风问题，国外相关研究较少，国内尚无相关具体研究。文献[9]研究了共直流母线的风/氢/超级电容器混合发电系统，提出电源跟随型功率管理策略优于负荷跟随型功率管理策略。文献[10]给出了面向控制的电解槽模型以及氢生产过程辅助系统，过程中采用方程转化为因果顺序图表达，易于理解，并通过实验测试了模型的有效性。
文献[11]结合风电/燃料电池/超级电容，建立持续功率输出系统，提出带有功率控制器的系统动态模型，满足不同情况下系统功率平衡。文献[12]提出了500W独立风电-燃料电池混合能源系统模型，利用Simulink仿真平台，证明了所提模型、控制器设计的有效性与正确性。文献[13]提出了风电、光伏、燃料电池及超级电容器混合并网应用系统，通过实测风速、光照和负荷动态变化验证模型与控制的合理性。
文献[14]构建了风电-氢储能与煤化工多能耦合系统基本架构，建立了氢储能系统模型及控制结构，初步构建了调整系统功率流和氢气流的控制策略，通过仿真证明了所提多能系统的基本思路和所建立的氢储能系统仿真模型的正确性。文献[15]分析了风电场耦合制氢系统的收入、支出及净现金流量，对氢产量和风电价格做了敏感性分析。
本文采用共直流母线主动型永磁直驱风电机组结构，建立基于氢储能的改进永磁直驱风电机组模型，并提出变流器协调控制与功率管理策略。
图2 主动型永磁直驱风电机组控制策略