风电场中飞轮储能系统的控制策略研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MasterThesis论文题目风电场中飞轮储能系统的控制策略研究学科专业控制理论与控制工程学号201121070423作者姓名杜晓强指导教师宋永端教授分类号密级注1UDC学位论文风电场中飞轮储能系统的控制策略研究（题名和副题名）杜晓强（作者姓名）指导教师宋永端教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业控制理论与控制工程提交论文日期2014年3月20日论文答辩日期2014年5月30日学位授予单位和日期电子科技大学2014年6月答辩委员会主席评阅人

2、注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。THERESEARCHONCONTROLSTRATEGYOFFLYWHEELENERGYSTORAGESYSTEMINWINDFARMMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ControlTheoryandControlEngineeringAuthor:DuXiaoqiangAdvisor:Prof.YongduanSongSchool:SchoolofEnergyScienceandEngineering独创性声明本人声明所呈交的学

3、位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（

4、保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要随着新能源发电技术的逐渐发展成熟，风力发电系统在现代电力系统中占据了相当的比例。然而，风能属于典型的间歇性能源，风的产生存在一定的随机性。所以，风力发电系统的可控性一般弱于传统的发电系统，这就严重影响了电力系统的安全运行。风力发电系统的大规模应用面临着严峻考验。储能技术的发展为解决风机的这些问题提供了可能性。在风力发电系统中增加储能设备，可以根据现实情况的需要，控制储能系统与风机进行有效的能量交换，这将有助于风电系统的可控性和安全性。在电力系统中添加储能设备，也是未来智能电网建设的一项基本要求。飞轮储能技术凭借其诸多

5、优势，在增强风电场发电系统运行可靠性和效率方面可以发挥至关重要的作用。本文提出了一种应用于永磁直驱式同步风力发电机的风场级飞轮储能系统的协调控制策略。首先，对于飞轮储能单元的控制，本文设计了相应的充放电控制策略，并在转速-电流双闭环控制的基础上，提出了一种改进的神经元自适应PID控制器，将其用于控制飞轮电机的运行，进而实现飞轮储能单元的充放电。然后根据经典的李亚普诺夫稳定性理论，提出了对该算法的稳定性的证明方法，并通过数字仿真验证了算法的有效性和可行性。其次，与一般的飞轮储能研究不同，在本文的研究中，除了为风电场中的每台风机配备一台飞轮储能单元之外，还设计了一个飞轮储能矩阵系统(flywhe

6、elenergystoragematrixsystem，FESMS)，并联在风电场的并网出口端。对于飞轮储能矩阵，本文提出了它的电网拓扑结构设计方案，并按照主从控制的模式，设计了储能矩阵与风电场之间的充放电控制策略和安全控制策略。在飞轮储能系统的配合下，风速波动较大的时段，风电场依然可以向电网输送相对平缓的有功功率。最后，通过分析永磁直驱式风电系统遭遇低电压故障时面临的问题，设计了电网故障状态飞轮储能系统的充放电策略，在不影响风能利用效率、避免能量浪费的基础上，提高了永磁直驱式风机的低电压穿越能力。本文的研究成果为飞轮储能技术的发展提供了参考，为风电场与飞轮储能系统的应用指出了方向和思路。关

7、键词：飞轮储能系统；风电场；神经元自适应PID控制；李亚普诺夫稳定性理论；低电压穿越IABSTRACTABSTRACTWiththegraduallynewenergypowergenerationtechnology’sdevelopmentandmaturity,atthepresentstage,windpowergenerationsystemoccupiesaconsiderableproporti