飞轮电池用于提升直驱式风力发电系统并网性能的研究

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1、分类号G65密级UDC硕士学位论文飞轮电池用于提升直驱式风力发电系统并网性能的研究学位申请人：柏琼琼学科专业：机械设计及理论指导教师：汤双清教授二○一五年五月ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceinEngineeringTheResearchofFlywheelBatteryImprovesGridconnectedPerformanceofDirect-drivePermanentMagnetWi

2、ndPowerGenerationSystemGraduateStudent:BaiQiongqiongMajor:MechanicalDesignandTheorySupervisor:Prof.TangShuangqingChinaThreeGorgesUniversityYichang,443002,P.R.ChinaMay,2015三峡大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文

3、的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名：日期：I内容摘要风电并网规模的增加使得其对电网的影响越来越大，所以希望风电场拥有与常规电场一样的运行能力。一方面需缓解风电功率波动以提高电能质量，另一方面风电机组应能在电网故障条件下幸存。针对这两方面的性能，本文做了如下研究：通过研究风力机和永磁同步发电机各自的特性和运行机理，在matlab的simulink工具箱下建立了包括风力机模型、永磁同步发电机模型、飞轮电池模型、变流器件模型、控制系统模型及相应的传动系统模型在内的

4、D-PMSWG系统的仿真模型。为实现对PMSG的控制，对于机侧整流及网侧逆变装置本文采用了SVPWM控制策略；针对机侧最大风能捕捉的目标制定了机侧的电流内环、功率外环控制策略；针对网侧根据电网需求调整输入电网无功功率的目标制定了网侧的电流内环、直流侧电压外环的控制策略；针对飞轮电池需通过频繁地充、放电维持直流侧电压稳定的目的制定了飞轮电池的转矩电流内环、直流电压外环控制策略。在simulink环境下使用即定控制策略及系统仿真模型，在给定风速对模型进行了最大风能跟踪的仿真验证，结果证明使用既定控制策略能快速实现风能跟踪，证明控制策略的灵活

5、性。针对特定频率段的功率波动会引起系统频率偏离的特性，对风力发电功率进行了平抑分析。通过建立风电功率波动的评价指标及飞轮电池容量的计算函数，在matlab环境下使用切比雪夫逼近法构造了二阶高通滤波器，以实例验证了飞轮电池对风力发电功率的平抑效果并得到了所需飞轮电池容量。为验证飞轮电池的加入对提升系统LVRT性能的影响，制定了电网电压三相对称降落情况下控制策略：为使风电场顺利穿越电网电压跌落的故障状态，在机侧通过减少风力发电机转矩电流分量指令值的方式减少风力发电机输出功率，同时通过增大飞轮电机转矩电流分量的方式使飞轮电池储存大量电能；在网

6、侧通过限制有功功率指令值的方式减小网侧变流器的有功负荷，使其能传输大量无功功率，为电网电压的恢复提供无功支持。并进行了基于已定控制策略的加入飞轮电池前后仿真结果对比，结果证明飞轮电池加入后直流侧电压波动减小，提升了系统的LVRT性能。关键词：直驱式风力机永磁同步电机飞轮电池功率平抑低电压穿越IIAbstractTheincreaseofwindpowerintegrationscalewillhaveasignificantimpactonpowernetwork,sowindfarmwashopedtohavethesameopera

7、tionabilityasconventionalpowerfield.Ontheonehandwindpowerfluctuationneededtoberestrainedtoensurethequalityofpowernetwork,ontheotherhandwindturbineshouldsurvivewhengridnetworkhasinstantaneousvoltagesag.Inordertoachievethesetwogoals,themaincontentsareasfollow:Bystudyingthe

8、characteristicsandoperationmechanismofwindturbineandpermanentmagnetsynchronousgenerator,simulationmodel