超级电容储能系统在风力发电低电压穿越中的应用研究

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1、分类号：TK82密级：不保密UDC：621.3学校代码：11065硕士学位论文超级电容储能系统在风力发电低电压穿越中的应用研究刘宁指导教师夏东伟教授学科专业名称电气工程论文答辩日期2015年5月31日摘要摘要随着全球化石能源的枯竭，环境问题日益严峻，新型可再生能源的开发利用越来越受到人们的广泛关注。风能是一种清洁可再生能源，全球储量巨大，是地球上可开发利用的水能总储量的10倍，因此风力发电越来越受到世界各国的重视。然而随着并网风电机组规模的加大，风的随机性和波动性对风电输出特别是对电力系统的影响越来越大。特别是风力发电低电压穿

2、越问题，容易导致大面积风电机组脱网运行，严重影响电网的正常运行。本文在对比现有储能技术的基础上，根据风电机组容量设计了一套超级电容储能装置，平抑低电压穿越过程中直流母线尖峰。本文具体工作如下：根据风力发电对低电压穿越的要求，设计超级电容储能装置。介绍了超级电容器的双电层理论及其优点。并根据超级电容器充放电速度快，电容器组之间电压均衡原因，通过对比研究隔离型与非隔离型双向直流变换器拓扑优缺点及其使用场合，提出了一种新型串联型双向BUCK/BOOST拓扑。该拓扑在对超级电容充电时，处于BUCK工作模式。超级电容器组释放能量时，该拓

3、扑工作于BOOST模式。并研究了主电路的基本工作原理，主电路主要参数计算与器件选型。针对超级电容器组参数不完全相等可能导致电压不均衡问题，设计了一套主动式电压均衡电路。并研究了电路的工作原理及该电路主要器件的计算选型。建立了双向DC/DC变流器小信号模型，根据实际需要设计PI控制参数，设计稳定环路。本文详细讲解了采样电路设计，主程序设计思想，给出了的系统控制方案。最后搭建一台150kW实验样机，进行了超级电容的充放电实验，验证了变换器的功能及现实意义。关键词：风力发电；超级电容；低电压穿越；双向BUCK/BOOST电路；小信号

4、模IAbstractAbstractAsthefossilenergydepletion,environmentalissueshavebecomeincreasinglyprominent.Peoplepaymoreandmoreattentiontothedevelopmentofnewrenewableenergy.Windenergyisacleanandrenewableenergy,globalreservesis10timesthatofearthonthedevelopmentanduseofthewatero

5、fthetotalreserves.Therefore,windpowerisbecomingmoreandmoreimportantforallovertheworld.However,withtheincreaseofthesizeofthegridconnectedwindturbine,therandomnessofthewindwiththevolatilityofwindpoweroutputistheimpactonthepowersystemismoreandmorebig.Especiallythewindp

6、oweroflowvoltageridethroughleadtoalargeareaofwindturbineoffgridoperationeasily,itisseriouslyaffectingthenormaloperationofthepowergrid.Thispapermakesincontrasttotheexistingenergystoragemethod，accordingtothewindturbinecapacitydesignedasupercapacitorenergystoragedevice

7、tocontrolofDClinkpeakwhentheprocessofthelowvoltageridethroughhappening.Thespecificworkisasfollows:Accordingtothewindpowerrequirementsforlowvoltageridethrough,designedasupercapacitorenergystoragedevice.Introducedthetheoryofelectricdoublelayercapacitoranditsadvantages

8、.Accordingtothesupercapacitorcharginganddischargingspeedandbetweenthecapacitorvoltagebalancereasons,contrastingtheadvantageandusingplaceof