关键字 |
| 混合分布的静态补偿器(H-DSTATCOM),超级电容器储能系统(SCESS),电池储能系统,电压凹陷、电压膨胀。 |
介绍 |
| DSTATCOM用于配电系统电能质量问题的改进。电压跌落/膨胀已成为设备故障的主要原因,脱扣的行业由于电力供应和需求之间的不平衡。DSTATCOM,然而,有限的能力来改善系统性能,由于有限的能力提供快速/瞬时真正的权力。从过去的十年里,已经有相当大的发展和改善能源储存技术,例如,中小企业,飞轮,燃料电池和电池技术。相反,这些技术有一定的局限性,中小企业需要大量的空间,高的磁屏蔽效应和复杂的辅助系统,燃料电池反应迟缓和有限数量的充电/放电循环(1、2、3、4)。 |
| 总的来说,电池有较高的能量密度、功率密度低,缓慢的动态特性。如果电池是骑在当前利率很高,电池的生活detoriates很快在充分放电的情况下,也可能导致安全问题导致热失控。因此,电池要大号的,确保生命和避免热失控的[5]。 |
| 超级电容器的最新发展有了新的维度领域的能源存储技术,它可以存储大量的能量,可以释放大量的瞬时功率/能量调节方式的帮助下定制电力设备,独立的充电和放电周期,效率很高,生活大约20 - 25年,充放电时间分数秒到几分钟[6、7]。 |
| 由于特定的功率密度和快速动态特性,超级电容器已考虑瞬态电源和恢复的分销网络。超级电容器和电池储能系统因此DSTATCOM的同时减少对电池的应变超级电容器的吸收能力,提供大电流脉冲和电池可以提供平均功率需求。这反过来使DSTATCOM提供实际功率和无功功率分布网络通过逆变器。 |
| 因此DSTATCOM基于SCESS /贝丝将注入适当的电压大小与适当的相角在配电系统并联,当电压凹陷发生;电压注入是通过真实和无功功率的注入。本研究的目的是探讨如何基于超级电容器储能技术可以用来提高配电系统的电能质量的精确和快速调节电压凹陷/膨胀和控制SCESS /贝丝电压水平。 |
电池和超级电容器的特点 |
| DSTATCOM,所需要的主要能量提高分销网络的性能在稳态条件下必须存储在电池,因为电池不具备瞬时充电和放电能力。超级电容器被用于存储能量,以便它可以供电时瞬态变化发生在分销网络,因为它有非常快速充放电能力。电池具有较高的能量密度,而超级电容器存储少量的能量但有很高的功率密度。这些属性允许安排这两个能源存储设备具有高功率和高能量密度。由于超级电容器ESR订单10 mΩ因此超级电容器可以提供非常大的电流负载。归一化电压摆幅(Umin / Umax)对电池开路是高于0.85。而超级电容器电压摆幅是0.5和有限的电子产品不允许超级电容器放电深度去75%以上。超级电容器和电池的规格分别在表我和表II。 |
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约束和目标SCESS的控制策略 |
| 连接的目的SCESS电力系统的平滑通过充电和放电功率波动可能是由于需求高峰的实权,瞬时故障和其他原因。另一个应用程序在整个负载电压管理终端。超级电容器电压南加州大学将降至0 V如果所有存储的能量利用约束额定功率输出能力将违反即Pstored≥空谈。因此超级电容器电压Umin下限是固定的,Umax的50%,所以可以利用有效地储存能量的75%。超级电容器是带电Uscref参考电压。后,安装。SCESS用于稳定的分销系统的电源电压波动所以充电和放电津贴应考虑[11]。因此,超级电容器的电压应收取Uscref优化值。,表示为: |
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| 在哪里 |
| 量表是超级电容器银行法拉的等效电容。 |
| Umax伏超级电容器银行的最大电压。 |
| Umin伏超级电容器银行的最低电压。 |
| Uscref优化充电和放电的电压值在伏特。 |
| 优化的价值表示为以下: |
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超级电容器储能系统的设计 |
| SCESS的目的是稳定电压的负载终端,由于超级电容器单元的电压是低因此超级电容器银行数量将由超级电容器串联和并联,这样细胞所需的电压水平和足够的可以存储有用的能源。一般来说,Ns系列连接细胞的数量在一个分支是由超级电容器细胞的评级市场上最大电压或堆栈。 |
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| 在那里, |
| Ns系列的细胞连接的数量。 |
| Umax超级电容器银行的最大电压。 |
| Ucell是超级电容器单元的评级。 |
| 并行分支的数量可以找到Np超级电容器银行 |
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| 有足够的能量存储能力的并行分支数量必须超过或等于(Np≥1)和圆上方最近的整数。 |
| 超级电容器的等效电容银行是由下列公式表示 |
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| 在那里, |
| 量表是超级电容器银行法拉的等效电容。 |
| Ccell法拉电容的每一个细胞。 |
| Ns系列的细胞连接的数量。 |
| 在超级电容器银行Np是平行的武器。 |
| 从方程(5)很明显,银行净更高的等效电容,并行武器(Np)的数量 |
| 应该总是高于Ns,更高的能源存储容量。 |
| 在超级电容器银行总数的细胞 |
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| 在那里, |
| NT是超级电容器银行所需的细胞总数。 |
| 但当超级电容器在最低工作电压,额定功率输出能力仍然是必需的,所以 |
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| 拟议的超级电容器储能系统是用来存储20千瓦时(72 MJ)的能量,220 V电压和峰值功率为10千瓦连接到配电系统提供负载电压变化和额外的电力需求。超级电容器用麦克斯韦技术使产品规格,名义电容63 F,额定电压125 V, ESR 18 mΩ,操作温度范围-40°C + 65°C, Pmax 4700 w /公斤,Emax 2.53 wh /公斤,周期1,00000年,寿命1,00000个小时,最大连续电流150 A,最大峰值电流(1秒)750,泄漏电流5.2 mA,并SCESS设计将如表3所示: |
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仿真软件建模的混合DSTATCOM及其控制 |
| DSTATCOM,由两层电压源变换器逆变器,超级电容器银行作为能源存储设备,电池作为能量储存设备,三相耦合变压器并联连接于分销网络,电压源变换器的直流电压转换为超级电容器银行/电池套三相交流电压作为输出。这些电压阶段,加上分配系统通过耦合变压器的电抗,适当的调整阶段和DSTATCOM输出电压的大小允许活动的有效控制和无功功率交流DSTATCOM和分销网络(13、14、15)。 |
| VSC连接与分销网络分流器可用于电压调整和无功功率的补偿,功率因数校正和消除谐波。连续的电压调节的分销网络是由注射的并联电流消除跨系统阻抗的电压凹陷。当前的价值可以通过调整来控制变频器的输出电压。DSTATCOM的有效性校正电压凹陷的值取决于戴维南等效阻抗的系统或故障级别的总线负载。当并联注入电流与负载端电压正交,可以实现所需的电压校正没有注入有功功率的分销网络。另一方面,当并联电流最小的值,可以实现相同的电压校正用最小的视在功率注入系统。 |
测试系统的发展 |
| 图我显示了测试系统用于执行各种混合DSTATCOM在MATLAB / Sim -电力仿真软件模拟。的测试系统由33千伏,50赫兹传输system-section 25公里长,Tsection长2公里,喂养2-winding变压器的一次侧连接在Y /Δ33千伏/ 440 V, 100 mva负载连接到440 V,变压器的二次侧。 |
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| 直流电压应用于IGBT /二极管的两级逆变器产生50赫兹。的IGBT逆变器在1680 Hz使用脉冲宽度调制载波频率,离散样本e-6时间5.8秒。负载电压调节PI电压调节器1聚氨酯的直流调节器,PCC的直流调节器的输入电压,电流的PCC SCESS电压和输出向量包含三个离散脉冲宽度调制所使用的调制信号发生器来生成6 IGBT脉冲。产生的谐波变频器由LC滤波器过滤。的三个耦合变压器440 v / 33千伏,100 mva是用来连接的DSTATCOM分销网络。SCESS 558 F和贝丝(508 V直流端的连接提供的能量/真正的权力。这种安排的有效性在电压调节模拟测试系统上可以看到有和没有SCESS /贝丝。 |
混合DSTATCOM仿真和结果分析 |
| 案例:我仿真结果当超级电容器不起诉 |
| 第一个模拟了混合DSTATCOM的超级电容器不带电,主要供应负载三相断路器关闭的段0.2 - -0.3秒,在此期间通过负载的电压方法零电流负载也变成了零,如无花果所示。二世和图3。 |
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| 案例:II仿真结果当电池不支持混合DSTATCOM |
| 类似的,一套新的模拟进行了但现在混合DSTATCOM,电池不支持和瞬态负载切换在测试系统虽然超级电容器储能可以供电负荷,但附近的电压幅度约0.9 pu的要求值的持续时间0.2 - -0.3秒主线也是截止提供三相断路器的帮助。的电压和电流波形分别显示在图4和图V。 |
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| 案例:III仿真结果当超级电容器充电UMIN以下 |
| 类似的,一套新的模拟进行了但现在混合DSTATCOM超级电容器放电低于Umin水平,而三相断路器时间0.2 - -0.3秒的主线供应被切断,但现在的电压加载阶段能够维持,但第三阶段混合DSTATCOM无法正常供应电力。的电压和电流波形分别在Fig.VI和Fig.VII所示。 |
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| 第四例:仿真结果当超级电容器和电池都支持混合DSTATCOM |
| 同样,一套新的模拟进行了但是现在混合DSTATCOM超级电容器和电池都是支持除了稳定的负载,瞬态负载切换在测试系统的持续时间0.2 - -0.3秒主线也是截止提供三相断路器的帮助。混合DSTATCOM是相当有效的支持负载没有任何不平衡阶段,没有谐波还能够维持其振幅1.0聚氨酯。分别在图所示的电压和电流波形,第八和第九图。 |
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结论 |
| 结合超级电容器储能和电池储能系统DSTATCOM用作存储设备。这允许DSTATCOM提供真正的力量转化为更高的分销网络的变化率动态条件下的瞬态条件以及平均功率需求的稳定条件。高度发达的图形设备可用在MATLAB / SIM-Power模型被用来进行模型的各个方面实施和开展广泛的模拟研究在开发测试系统。基于PWM的控制方案实施控制开关(IGBT /二极管)两级电压源转换器控制超级电容器提供/吸收实权按照要求,还维护负载功率因数统一。的仿真结果表明,组合SCESS和贝丝DSTATCOM改善分销网络的性能还发现能够减轻电压凹陷和同时保持负载功率因数统一。这些特点使其适合定制电力非常敏感的应用程序负载连接。 |
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