风储互补和能量管理系统

目录

第一章绪论 (1)

1.1 选题背景与意义 (1)

1.2 风储互补系统研究现状 (2)

1.2.1 储能装置研究现状 (2)

1.2.2 储能系统配置方式研究现状 (3)

1.3 本文主要工作 (6)

第二章风储互补系统拓扑设计 (7)

2.1 风储互补系统储能装置选择 (7)

2.2 风储互补系统拓扑设计 (7)

2.3 平滑功率与储能装置容量设计 (10)

2.3.1 风储互补系统平滑功率定容分析 (10)

2.3.2 风机功率分析对比验证 (12)

2.4 本章小结 (18)

第三章能量管理系统硬件设计 (20)

3.1 能量管理系统整体设计 (20)

3.2 就地EMS采集数据列表 (21)

3.3 就地EMS控制器设计选型 (23)

3.4 就地EMS采集卡设计选型 (28)

3.5 就地EMS采集卡调理板设计 (29)

3.5.1 电压信号调理隔离电路 (30)

3.5.2 电流信号调理隔离电路 (30)

3.5.3 外部控制电源掉电检测电路 (31)

3.5.4 采集卡调理板测试 (32)

3.6 能量管理系统（EMS）后备电源设计选型 (39)

3.7 集控EMS选型设计 (41)

3.8 光端机设计选型 (42)

3.9 本章小结 (43)

第四章能量管理系统软件设计 (44)

4.1 能量管理系统软件整体规划 (44)

IV

万方数据

4.2 就地EMS软件设计 (44)

4.2.1 通讯部分软件设计 (44)

4.2.2 采集卡部分软件设计 (51)

4.2.3 控制策略部分软件设计 (52)

4.2.4 设备保护 (54)

4.3 数据库设计 (55)

4.3.1 数据库表结构设计 (55)

4.3.2 数据库的写入 (59)

4.3.3 数据库缓存机制设计 (60)

4.4 本章小结 (61)

第五章能量管理系统调试 (62)

5.1 能量管理系统与储能设备联合调试 (62)

5.1.1 就地EMS与BMS通讯调试 (62)

5.1.2 就地EMS与PCS通讯调试 (62)

5.2 现场调试 (63)

5.2.1 削峰填谷控制策略调试 (63)

5.2.2 平滑功率控制策略调试 (66)

5.2.3 调频控制策略的调试 (69)

5.2.4 调压控制策略的调试 (70)

5.3 试运行 (72)

5.4 本章小结 (73)

第六章结论 (74)

6.1 总结 (74)

6.2 展望 (75)

参考文献 (76)

致谢 (79)

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 (80)

V

万方数据

VI

图 录

图1- 1场站级储能示意图 ...................................................................... 3 图1- 2一机一储风储配合示意图 ............................................................. 4 图1- 3 全功率型风力发电机直流侧并联储能系统（储能电池经DC/DC 连接直流母线） ............................................................................................... 5 图1- 4 全功率型风力发电机组直流侧并联储能系统（电池直接连接直流母线） 5 图2- 1 一次接线示意图 ......................................................................... 8 图2- 2 二次接线示意图 ......................................................................... 9 图2- 3 16号风机5月26日输出有功功率曲线 ........................................... 13 图2- 4 一阶逐点滤波得到的波形 ............................................................ 13 图2- 5 储能设备输入有功功率波形 ......................................................... 14 图2- 6 储能设备中能量变化曲线 ............................................................ 14 图2- 7 风机所需储能容量E ?随时间常数τ变化曲线 ................................... 18 图3- 1 EMS 系统硬件构架示意图 ............................................................ 20 图3- 2 研华PCI-1713U 及其接线板 ......................................................... 28 图3- 3 美国NI PCI-6221数据采集卡 ....................................................... 29 图3- 4 电压信号隔离电路 ..................................................................... 30 图3- 5 电流信号调理隔离电路 ............................................................... 31 图3- 6控制电源掉电检测电路 ............................................................... 32 图3- 7 EMS 采集卡信号隔离调理板 ......................................................... 32 图3- 8测试电压隔离电路的34V 工频交流信号波形 ................................... 33 图3- 9数据采集卡通道0-5采集到的电压信号波形 ..................................... 33 图3- 10数据采集卡通道12-13采集到的电压信号波形 ................................ 34 图3-11 测试电流隔离电路的3V （有效值）工频交流信号波形 ..................... 34 图3- 12数据采集卡通道6-11采集到的电流信号波形 .................................. 35 图3- 13 3次谐波变换情况 ..................................................................... 36 图3- 14 5次谐波变换情况 ..................................................................... 36 图3- 15 7次谐波变换情况 ..................................................................... 36 图3- 16 9次谐波变换情况 ..................................................................... 37 图3- 17 11次谐波变换情况 ................................................................... 37 图3- 18 13次谐波变换情况 . (38)

万方数据

图3-1915次谐波变换情况 (38)

图3-2017次谐波变换情况 (38)

图3-2119次谐波变换情况 (39)

图3-2221次谐波变换情况 (39)

图3-23APC SUA750ICH的负荷-时间曲线 (41)

图3-24深圳三旺IES608-2F光端机 (43)

图4-1报文编译 (46)

图4-2报文解读 (46)

图4-3TCP通讯 (47)

图4-4BMS数据通讯 (48)

图4-5PCS数据读取 (48)

图4-6PCS寄存器数据处理 (50)

图4-7PCS写入指令报文编译 (50)

图4-8PCS数据通讯构架 (51)

图4-9采集卡模块程序图 (51)

图4-10削峰填谷控制策略程序图 (52)

图4-11计划跟踪控制策略程序图 (52)

图4-12平滑功率策略程序框图 (53)

图4-13调频控制策略程序框图 (53)

图4-14调压控制策略程序框图 (54)

图4-15 K与S随SOC变化的曲线 (55)

图4-16电池组电压表格数据 (59)

图4-17数据写入服务器数据库 (60)

图4-18从本地数据库中提取缓存数据插入服务器数据库 (61)

图4-19删除本地缓存 (61)

图5-1PCS网侧输出有功功率曲线（10分钟） (64)

图5-2电池组SOC曲线（10分钟） (64)

图5-3PCS网侧输出有功功率曲线（30分钟） (65)

图5-4电池组SOC曲线（30分钟） (66)

图5-5控制指令周期1S时的平滑效果 (67)

图5-6控制指令周期3S时的平滑效果 (68)

图5-7滤波理论值与实际运行情况对比 (68)

VII

万方数据

图5-8网侧频率变化模拟曲线 (69)

图5-9PCS网侧输出有功功率曲线 (70)

图5-10网侧电压模拟信号曲线 (71)

图5-11PCS网侧输出无功功率曲线 (71)

图5-12试运行第一天运行功率 (72)

VIII

万方数据

表录

表1-1储能技术性能对比 (2)

表2-116号风机40天功率情况分析 (15)

表2-216号风机5月29日数据在不同时间常数下所需储能容量 (17)

表3-1记录信息列表 (22)

表3-2IPC-810E性能符合度对比表 (24)

表3-3IPC-820性能符合度对比表 (25)

表3-4IPC-6810性能符合度对比表 (25)

表3-5IPC-610性能符合度对比表 (26)

表3-6UNO-3084性能符合度对比表 (27)

表3-7工控机性能符合度对比表 (27)

表3-8APC SUA750ICH输入输出参数表 (40)

表4-1BMS上传EMS数据表 (47)

表4-2PCS的DSP硬件故障字1寄存器内容 (49)

表4-3PCS表格 (56)

表4-4电池组1电压表格 (57)

表4-5电池组信息表格 (57)

表5-1削峰填谷调试功率表（10分钟） (63)

表5-2削峰填谷测试功率表（30分钟） (65)

IX

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