含储能单元的双馈风力发电系统控制策略研究

论文摘要

风力发电是一种极具发展前景的新型绿色能源,但功率的波动性和随机性对其发电控制技术提出了很大挑战,本文引入储能电池解决风电系统的功率波动问题,针对含有电池储能单元的双馈风力发电系统的运行及控制技术进行研究。根据含有电池储能单元的双馈风力发电系统的运行状态,分别对独立运行模式、并网运行模式和切换过程进行了研究:首先对独立运行模式下系统的运行和控制技术进行了研究。研究了阀控铅酸蓄电池的特性及其与风电系统协调工作的原理。给出系统结构并分析了此模式下的工作原理,从双馈电机两相同步旋转坐标系下的数学模型出发,研究了基于定子磁链定向的转子侧变换器控制原理;根据定子侧变换器数学模型研究了其作为电压源运行的系统设计方法。仿真结果表明了独立运行模式下将定子侧变换器做电压源运行的方式具有稳定性好和能实现最大风能跟踪的优点。其次对并网运行模式下系统的运行和控制技术进行了研究。按照工作状态分为并网发电运行和蓄电池维护运行,研究了系统工作原理,详细分析了系统的能量流动情况,指出利用储能解决风能波动的机理,分别研究了定子侧变换器并网发电运行时作为电流源运行和对蓄电池进行充放电维护的控制系统设计。仿真和实验结果表明电池储能单元能够很好的平抑输出功率的波动。针对并网/独立双模式逆变器的切换过程进行了研究。分析了切换过程的基本原理及三相系统切换的特殊性,研究了单相和三相双模式逆变器的切换方法,提出一种新的基于ABC坐标系的无缝切换方法,实现了在各种严重电网故障情况下的切换,有效减小了切换过程的电压电流冲击,仿真验证了方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 双馈风力发电技术
• 1.3 电池储能及其在风力发电中的应用
• 1.4 本文的研究内容及意义
• 2 独立运行模式下的系统运行及控制技术
• 2.1 引言
• 2.2 电池储能单元的特性及其在DFIG 系统中的作用
• 2.3 含有电池储能单元的DFIG 系统独立运行的工作原理
• 2.4 双馈风机的数学模型和转子侧变换器的控制
• 2.5 定子侧变换器及其运行控制
• 2.6 系统仿真分析
• 2.7 本章小结
• 3 并网运行模式下的系统运行及控制技术
• 3.1 引言
• 3.2 含有电池储能单元的DFIG 系统并网运行的工作原理
• 3.3 并网发电运行及其控制
• 3.4 蓄电池维护运行及其控制
• 3.5 并网运行的仿真分析及实验验证
• 3.6 本章小节
• 4 双模式切换过程研究
• 4.1 双模式切换问题的提出
• 4.2 双模式逆变器的工作原理
• 4.3 模式切换方法
• 4.4 一种新的基于ABC 坐标系控制的切换方法
• 4.5 仿真分析
• 4.6 本章小结
• 5 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文