基于飞轮储能的并网风电场有功功率及频率控制方法研究

论文摘要

为消除风电波动对电网造成的不利影响,实现大规模风电并网并参与系统的频率控制,本文对并网风电场的有功功率及频率控制方法进行了研究。采用飞轮储能的控制方法有效地利用了飞轮储能系统(Flywheel Energy Storage System, FESS)的快速响应能力,在辅助风电场进行有功和频率控制时可以获得良好的控制效果。本文设计了基于永磁同步电机的飞轮储能系统。永磁电机采用矢量控制方法实现对电磁转矩准确有效的控制。设计了转速控制模块,以保证飞轮的安全运行。研究了飞轮储能系统辅助风电场进行有功功率及一次频率控制时的参考功率计算方法。飞轮储能系统根据参考功率的变化实现电机充放电运行状态的转化,通过对电网侧变流器的控制实现电网与该储能系统的能量交换及单位功率因数运行。变流器均采用空间电亚矢量(SVPWM)控制技术。在Matlab/Simulink中建立了该储能系统的控制模型,进行了风电场并网的有功及频率控制仿真,仿真结果显示该方法可以有效地平缓风电场的有功输出,减小电网的频率偏移。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.1.1 世界风电发展现状
• 1.1.2 中国风电发展
• 1.2 风电并网的频率问题
• 1.2.1 大规模风电接入对系统频率的影响
• 1.2.2 风电场有功功率及频率控制策略
• 1.3 飞轮储能系统
• 1.3.1 飞轮储能的优势
• 1.3.2 飞轮储能在我国的研究现状和应用前景
• 1.3.3 飞轮储能在风电中的应用
• 1.4 本课题的研究意义
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 飞轮储能系统及其控制
• 2.1 飞轮储能系统结构及工作原理
• 2.2 永磁同步电机
• 2.2.1 永磁同步电机的结构特点
• 2.2.2 永磁同步电机数学模型
• 2.2.3 矢量控制原理
• 2.3 飞轮电机控制方式的选择
• 2.4 变流器控制技术
• 2.4.1 电机侧变流器控制的基本原理
• 2.4.2 空间矢量PWM（SVPWM）控制
• 2.4.3 电网侧变流器模型
• 2.5 小结
• 第3章 飞轮储能控制系统设计
• 3.1 电机侧变流器控制系统
• 3.1.1 坐标变换模块
• 3.1.2 电流调节模块
• 3.2 电网侧变流器控制系统
• 3.3 飞轮转速控制
• 3.4 控制器参数调整
• 3.4.1 电网侧电感和直流侧电容
• 3.4.2 PI控制器参数
• 3.5 仿真研究
• 3.5.1 仿真参数
• 3.5.2 仿真结果
• 3.6 小结
• 第4章 风电场有功率功率及频率控制
• 4.1 风机与飞轮储能系统连接方式
• 4.2 FESS参考功率计算模块
• 4.2.1 参考功率计算方法
• 4.2.2 三种方法的比较
• 4.2.3 利用滤波器计算FESS参考功率
• 4.3 对变流器模型的简化
• 4.4 基于飞轮储能的风电场有功及频率控制仿真
• 4.4.1 仿真参数
• 4.4.2 仿真结果及分析
• 4.5 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目