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储能型永磁直驱风力发电系统并网运行控制研究

发布时间:2017-02-15 15:06

  本文关键词:储能型永磁直驱风力发电系统并网运行控制研究,由笔耕文化传播整理发布。


《北京交通大学》 2010年

储能型永磁直驱风力发电系统并网运行控制研究

王文亮  

【摘要】: 风力发电是可再生能源发电中解决当前世界环境污染和能源危机问题最有效途径之一,也是最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式,越来越受到世界各国的重视。由于风速具有随机波动性,因此风力发电并网功率波动很大,这对电网运行的稳定性及经济性带来负面影响。目前,新的电网规则均要求并网风电机组具有一定的低电压穿越能力,当电网发生严重短路故障时,并网风电机组能够不脱网运行,同时可以向电网提供一定的无功功率。随着我国GW级风电场的建设,风电规模的不断增大以及风电的电网穿透率不断上升,风电场输出功率的波动性给电网运行带来的不利影响亟待解决。本文以台达电力电子科教发展计划基金和电力系统国家重点实验室项目“储能型永磁直驱风力发电系统并网运行控制研究”为课题背景,基于永磁直驱风电机组,主要研究了应用电池储能提高机组的低电压穿越能力和平滑风力发电输出功率,以有效改善大规模并网风电场的电能质量和稳定性。 首先,根据永磁直驱风电机组的工作原理,提出了双PWM变流器的控制策略,设计了三相电压软件锁相环SPLL,并通过仿真验证了风能最大功率跟踪控制、SPLL、SVPWM控制算法和双PWM变流器控制策略的正确性和有效性。 其次,分析了VRB具有的特点,并根据VRB工作原理,搭建了其等效电路模型,通过仿真验证了其良好的充放电特性。分别对在机组直流侧增加卸荷电阻和储能电池两种提高机组低电压穿越能力的方法进行了分析和系统建模,并通过仿真验证了这两种控制策略的正确性。搭建了在风电场出口处集中配置VRB储能系统平滑风电场输出功率的仿真模型,并通过仿真验证了所提出储能系统变流器控制策略的正确性和有效性。 最后,对储能系统进行了硬件和软件设计,搭建了应用电池储能平滑风电输出功率的小功率系统硬件实验平台,实验结果验证了应用电池储能够快速吞吐风力发电输出功率,有效平滑风力发电输出功率,以及所提出控制策略的正确性和有效性。 本文所做的研究工作,为永磁直驱同步风力发电机组提高低电压穿越能力和提高并网风电场的电能质量和稳定性提供了一定的理论参考依据,为工程应用奠定了基础。

【关键词】:
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM614
【目录】:

  • 致谢5-6
  • 中文摘要6-7
  • ABSTRACT7-12
  • 1 绪论12-30
  • 1.1 风力发电研究的背景与意义12-13
  • 1.2 国内外风力发电发展与现状13-17
  • 1.2.1 国外风力发电发展现状13-15
  • 1.2.2 国内风力发电发展现状15-17
  • 1.3 风力发电技术的发展17-27
  • 1.3.1 风力机功率控制技术18-19
  • 1.3.2 典型风力发电机组分类19-22
  • 1.3.3 风能最大功率点跟踪(MPPT)控制介绍22-24
  • 1.3.4 大规模风电场并网运行亟待解决的问题24-27
  • 1.4 本文主要研究内容27-30
  • 2 双PWM型永磁直驱风电系统并网运行控制30-58
  • 2.1 PWM型永磁直驱风电系统原理结构30-32
  • 2.2 风速与风力机模型以及仿真实现32-38
  • 2.2.1 风速模型与仿真实现32-33
  • 2.2.2 风力机模型与仿真实现33-37
  • 2.2.3 桨距角控制及执行机构37-38
  • 2.3 风电机组变速恒频运行特性38-39
  • 2.3.1 最大功率跟踪运行方式38
  • 2.3.2 额定功率运行方式38-39
  • 2.4 PWM变流器控制策略39-43
  • 2.4.1 电机侧变流器控制策略39-41
  • 2.4.2 电网侧变流器控制策略41-43
  • 2.5 SVPWM技术原理与仿真实现43-51
  • 2.5.1 SVPWM调制技术原理43-46
  • 2.5.2 SVPWM算法实现46-49
  • 2.5.3 SVPWM建模与仿真49-51
  • 2.6 三相电压软件锁相环仿真实现51-53
  • 2.7 双PWM型永磁直驱风电系统建模与仿真分析53-56
  • 2.8 本章小结56-58
  • 3 钒电池数学建模与仿真实现58-70
  • 3.1 钒电池储能系统58-65
  • 3.1.1 储能技术种类与比较分析58-62
  • 3.1.2 钒电池储能特点62-63
  • 3.1.3 钒电池在大规模风力发电中的应用63
  • 3.1.4 我国钒电池的研发概况及展望63-65
  • 3.2 钒电池工作原理65
  • 3.3 钒电池等效电路与数学模型65-67
  • 3.4 钒电池的充放电特性仿真分析67-68
  • 3.5 本章小结68-70
  • 4 直流侧增加钒电池储能的永磁直驱风电系统70-82
  • 4.1 适用于永磁直驱风电系统Crowbar保护方案分析70
  • 4.2 直流侧增加卸荷电阻提高低电压穿越能力70-76
  • 4.2.1 卸荷电阻电路控制策略70-72
  • 4.2.2 增加卸荷电阻系统建模与仿真结果分析72-76
  • 4.3 直流侧增加钒电池储能系统建模与仿真76-81
  • 4.3.1 钒电池储能系统控制策略77
  • 4.3.2 增加钒电池储能系统建模77-78
  • 4.3.3 增加钒电池储能提高低电压穿越能力仿真结果分析78-80
  • 4.3.4 增加钒电池储能平滑电机输出功率仿真结果分析80-81
  • 4.4 本章小结81-82
  • 5 基于钒电池储能系统的风电场并网功率控制系统82-90
  • 5.1 储能系统配置方案比较82
  • 5.2 风电场出口处集中配置钒电池储能系统建模与仿真82-88
  • 5.2.1 带钒电池储能的风电场系统原理结构82-83
  • 5.2.2 系统简化等效83
  • 5.2.3 钒电池储能系统控制策略83-85
  • 5.2.4 系统建模与仿真结果分析85-88
  • 5.3 本章小结88-90
  • 6 储能系统硬件和软件设计90-110
  • 6.1 主电路硬件电路设计90-97
  • 6.1.1 主功率开关器件的选择91
  • 6.1.2 交流侧电感的设计91-96
  • 6.1.3 三相VSR直流侧电容设计96-97
  • 6.2 基于DSP2812控制电路硬件设计97-104
  • 6.2.1 SEED-DPS2812M型DSP控制器的特性简介97-98
  • 6.2.2 电压电流采样信号电路设计98-99
  • 6.2.3 IPM驱动外围保护电路的设计99-103
  • 6.2.4 继电器控制电路103-104
  • 6.3 基于DSP控制电路的软件设计104-109
  • 6.3.1 变流器控制主程序设计104-105
  • 6.3.2 中断服务程序105-106
  • 6.3.3 三相电压SPLL程序设计106-107
  • 6.3.4 功率滤波程序设计107
  • 6.3.5 PI调节程序设计107-108
  • 6.3.6 SVPWM程序设计108-109
  • 6.4 本章小结109-110
  • 7 实验结果与分析110-118
  • 7.1 系统硬件组成110-111
  • 7.2 实验结果与波形分析111-116
  • 7.2.1 储能系统充放电特性实验111-114
  • 7.2.2 电池储能平滑风电输出功率实验114-116
  • 7.3 本章小结116-118
  • 8 总结与展望118-122
  • 8.1 总结118-119
  • 8.2 展望119-122
  • 参考文献122-126
  • 作者简历126-130
  • 学位论文数据集130
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