飞轮储能技术应用于风力发电系统的仿真研究

论文摘要

风能是目前世界上关注度最高的可再生能源之一,各国都投入精力致力于风能利用的产业。随着风力发电机组并入电网的数量越来越多,风速的波动所引起的风电机组的输出功率的波动对电网稳定性的影响越来越大。在风力发电系统中应用合适的储能设备可以减小风电功率波动对电网的影响。飞轮储能技术是一种以高速旋转的飞轮为载体,将电能转化为动能的形式储存的储能技术。当能量缺乏时,可以将能量从动能转化为电能释放出来。这种储能方式简单,高效率且无环境污染的储能技术,在工业储能领域上很有吸引力。目前,常见的大型风力发电机组有双馈型和直驱型。本文选用具有发展潜力的一种变速恒频风电机组——直驱永磁同步发电机组。首先,在对永磁风力发电机的理论进行分析的基础上,运用变桨距控制策略,基于MATLAB/Simulink建立风力发电机组的模型,通过仿真分析发电机组的性能。然后,对飞轮储能系统原理进行论述,在此基础上对飞轮储能系统进行建模和仿真,对其放电过程进行分析,并改变一些关键参数分析这些改变对储能系统的影响。之后,采用双PWM控制策略将直驱永磁风电机组并入电网,并在直驱永磁风电机组的双PWM控制直流侧采用飞轮储能系统,利用飞轮储能的特性选择充放电控制方案,进行仿真分析了飞轮储能设备平滑风力发电输出功率的效果,并改变飞轮储能系统的一些性能参数,分析改变参数对平滑功率能力的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 世界风力发电现状及前景
• 1.2 我国风力发电发展现状及前景
• 1.3 风能发电的特点
• 1.4 能量储存技术介绍
• 1.4.1 各种储能技术介绍
• 1.4.2 飞轮储能与其他储能方式对比
• 1.4.3 飞轮储能技术的发展现状与应用
• 1.5 论文的主要工作
• 2 风力发电系统和飞轮储能系统简介
• 2.1 风力发电系统简介
• 2.1.1 常用风电机组类型
• 2.1.2 现有的风电机组关键技术
• 2.1.3 风电机组并网问题
• 2.2 飞轮储能系统简介
• 2.2.1 飞轮储能系统的构成
• 2.2.2 飞轮储能系统的工作原理
• 2.2.3 飞轮储能系统电机的选用
• 3 直驱型永磁同步风力发电机模型建立
• 3.1 MATLAB/Simulink概述
• 3.2 直驱永磁同步发电机组建模
• 3.2.1 风速模型
• 3.2.2 风力机模型
• 3.2.3 传动系统模型
• 3.2.4 发电机模型
• 3.3 直驱永磁同步发电机控制模型
• 3.3.1 变桨距角控制模型
• 3.3.2 转速控制模型
• 3.4 直驱永磁同步发电机整体模型
• 3.5 本章小结
• 4 飞轮储能系统构建及仿真
• 4.1 储能仿真系统的搭建
• 4.1.1 充电模型
• 4.1.2 放电模型
• 4.2 飞轮储能系统仿真及分析
• 4.2.1 充电过程仿真分析
• 4.2.2 完整充放电过程的仿真
• 4.2.3 改变部分参数对系统性能造成的影响
• 4.3 本章小结
• 5 飞轮储能单元在风力发电系统中的应用
• 5.1 双PWM控制策略
• 5.1.1 发电机侧控制器模型建立
• 5.1.2 电网侧控制器模块建立
• 5.2 飞轮储能单元的接入
• 5.3 飞轮储能设备平滑风电功率的仿真分析
• 5.4 改变飞轮储能单元参数对平滑控制能力的影响
• 5.4.1 改变占空比
• 5.4.2 改变摩擦系数
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢