基于复合储能之永磁直驱风力发电体系并网控制概述

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1、基于复合储能之永磁直驱风力发电体系并网控制概述第一章绪论1.1课题研究背景随着全球经济的快速增长，对能源的需求也在不断的增加。然而，像煤、石油、天然气等传统的化石能源之前都是重要的能源，但是，这些资源正在不断的面临枯竭，而且对我们的生存环境造成了很大的污染。因此，追求可再生清洁能源势在必行。目前常见的新能源包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等，且各种新能源开发的途径及发展程度都有所不同，其中发展最快的是风电，风电技术比较成熟，已经大规模应用在电力系统当中，有很大的商业前景[1-3]。随着风电机组生产技术的不断提升。风电单机容量已从过去的千瓦级达到了目前的兆瓦级水平(2.5~3M变换器具

2、有功率双向流动以及灵活的控制方式，在风电、光伏发电等新能源发电领域中得到了广泛地运用。采用双P变换器的永磁直驱风电系统并网的拓扑结构如图2-1所示。直驱风电机组无齿轮箱，风力机直接驱动发电机产生频率和幅值均随风速变化的交流电。由电机侧三电平变流器将该交流信号整定为直流信号，再由电网侧三电平变流器将直流信号逆变为幅值和频率恒定的交流信号，最后连接升压变压器并入电网。电机侧变流器实现对永磁同步发电机的有功、无功的解耦控制和转速调节；电网侧变流器实现对并网功率的控制和稳定直流侧电压。2.2风力机的特性分析风力机将风能转变为了机械能，风轮直接驱动同步发电机转动，将机械能进一步转化为电能。作为风电系统的

3、原动机，风力机的运行状态直接影响整个风电机组的性能和效率。永磁同步电机属于强耦合的非线性系统，其数学模型较为复杂,然而建立其数学模型是分析电机性能、提出合理控制策略以及设计电机参数的基础，其次对于数学模型的深入研究，可以进一步优化电机的控制策略。基于dq变换的旋转坐标系是分析永磁同步电机最常用的方法，它不仅是分析永磁同步电机的稳态运行性能的基础，也可用于分析其暂态性能[31]。用坐标变换的方法将交流电机三相动态数学模型转变为两相模型，可以简化电机的数学模型及控制方法,转换后的两相模型将使得控制变量由交流量转变为了直流量，因此可以用等效的直流电机控制方法来控制三相交流电机。在不同的坐标系下绕组产

4、生的磁动势相同是不同坐标系变换的根本原则。等功率变换，即变换前后磁势不变功率也不变，本文即采用等功率变换。.第三章混合储能系统及其等效模型.........223.1液钒电池储能的工作原理与特点.....223.2液钒电池的等效电路与数学模型.....233.3超级电容器的工作原理与特点.......263.4超级电容器等效电路模型.....263.5小结...........27第四章直流侧增加复合储能的永磁直驱风电系统.........284.1适用于直流环节的保护方案分析.....284.2储能系统的基本结构.........284.3双向DC/DC变换器的控制策略.......304.

5、4改进的网侧控制策略.........304.5基于超级电容储能的直驱风电机组低电压穿越.....314.6小结...........36第五章基于复合储能的直驱风电机组建模仿真.....375.1基于复合储能的直驱风电系统仿真模型.....375.2实现低电压穿越仿真分析.....375.3平滑风电出力仿真分析.......425.4本章小结.......45第五章基于复合储能的直驱风电机组建模仿真因风速的随机性和不确定性特点致使风电机组输出功率的大波动和高不确定性。在风电渗透率比较大的电力系统中，将会对所接电力系统的供电充裕性及电能质量产生一定的影响。另一方面，由于风电机组弱的抗扰性和弱致

6、稳性，在电网故障时，部分风电机组还难以穿越故障的扰动，这将会影响整个电力系统的运行稳定性。因此，在风电所占比例较大的电力系统中，除了对电网的运行特性提出一些特殊的要求外，对风电机组的动态运行特性也提出不同的要求。本章将第三章和第四章的内容结合起来，将液钒蓄电池和超级电容器组组成一个混合储能系统，通过双向DC/DC变换器将其并接与直驱风电机组的直流侧，使风电机组在电网故障与功率剧烈波动的情况下，具有较强的运行稳定性和抗干扰性。基于Matlab/Simulink仿真平台，仿真模拟了整个系统的运行过程，并对结果进行了分析。.总结随着风力发电在电网中渗透率逐渐增加，风电系统与电网之间的相互影响也变的越

7、来越大。一方面，由于风速、风向等自然条件的随机性，风电系统不能持续稳定地输出电能，对电力系统电能质量及其运行稳定性产生较大的影响。另一方面，随着风电装机容量在电网中所占比例逐年增加，当电网发生故障时，因风电的弱致稳性和弱抗扰性将会影响整个系统的恢复，严重时可能加剧故障，很大程度上影响到电网的安全运行。为此，新的电网导则均要求风电机组在电网发生故障时具有一定的低电压穿越能力，并在故障切除后系统能够迅