东北电力大学本科毕业设计论文

图5.10 风力发电机输出功率simulink仿真模型

图5.10显示，该风力发电机在12s的仿真时间里，完整的集合了零出力、欠出力和额定出力三种风机的运行状态，符合风力机的输出特点，下文我们将使用超级电容器储能技术对该风力发电机的输出功率进行平抑仿真。

5.6 超级电容器平抑功率波动仿真

我们结合5.5风力机输出功率模型，并在其后加上超级电容器储能元件，在simulink中搭建仿真模型。如图5.11所示。

图5.11 超级电容器储能仿真模型

在图5.11中，“wind”和“wind turbine”是子程序仿真模块，分别是图5.7风速仿真模型和图5.8风力机输出功率仿真模型；示波器1显示的是经储能元件

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平抑后的输出功率的波形，示波器2表示电容器在平抑功率波动过程中吞吐的功率；在这里，我们取时间常数?的值分别为0.0628和6.28，仿真时间为12s。将经过储能元件平抑后的输出功率波形和未加储能元件时的输出功率波形进行比较，结果如图5.12所示：

图5.12 经储能元件平抑后输出功率仿真图像

此时，对应的?的值为0.0628和6.28时，对应的超级电容器在平抑功率波动时的吞吐功率的功率变化曲线仿真图像如图5.13所示：

图5.13 储能元件吞吐功率仿真图像

比较图5.12和图5.13，我们可以得到如下结论：

对于平抑输出功率波动而言，超级电容器能够平抑输出功率的波动，但是它的作用效果与其电容器的时间常数有关。时间常数?=6.28时的输出功率的图像比时间常数?=0.0628时的输出功率的图像更加平滑，平抑的效果更为明显。即时间常数?越大，输出功率平抑的作用效果越明显。

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对于超极电容器本身而言，当?=0.0628时流入超级电容器内的功率比

?=6.28时流入超级电容器内的功率小，换言之，?=6,28时，需要的超级电容器

的容量比?=0.0628时需要的超级电容器的容量大。即时间常数?越大，流入储能元件中的功率越多。

基于以上两个时间常数的比较分析来看，若想更好地平抑功率波动，我们需要将时间常数?设置的越大越好，这样输出的功率会月平滑；但是，时间常数?越大，在储能过程中注入电容器中的功率就越多，所需要的电容器的容量就越大，电容器的建造成本就越高。因此，我们在选择电容器的时间常数?时，需要综合考虑。

在本文中，以本文风力发电机为例，综合以上两种因素的限制，经过各种实5.15所示： 验数据的比较，我们取时间常数最优值?=2，此时仿真图像如图5.14、

图5.14 ??2时输出功率图像

??2电容器吞吐功率图像如图5.15所示：

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图5.15 ??2时电容器吞吐功率

由图5.14和图5.15我们可以看出，??2时电容器可以对输出功率波动产生较好的平抑效果，而且由图5.15可以看出，在??2时，流入电容器的最大功率大约为170W，完全在超级电容器容量承受范围之内，因此，在本文的风力发电系统中，让时间常数??2，可以较好的平抑输出功率波动，提高电能质量，且符合经济型的要求。

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