直驱永磁风电—燃料电池混合系统建模及功率平滑控制
直驱永磁风电—燃料电池混合系统建模及功率平滑控制【摘要】:全球正面临着能源危机、环境污染和气候变化的压力,应用新能源发电随之成为电力工业发展的时代课题。本文选择风力发电系统中最具有
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM61
【目录】:
- 摘要5-7
- Abstract7-13
- 插图索引13-17
- 插表索引17-18
- 第1章 绪论18-32
- 1.1 论文的研究背景18-21
- 1.1.1 产业背景:世界风电产业发展概况18-19
- 1.1.2 技术背景:世界风力发电技术的发展趋势19-21
- 1.2 风力发电技术的研究现状21-24
- 1.2.1 恒速恒频风力发电系统21
- 1.2.2 变速恒频风力发电系统21-24
- 1.3 直驱永磁同步风电系统及并网发电技术的国内外研究现状24-27
- 1.3.1 直驱永磁发电系统变流器常见柘朴结构24-26
- 1.3.2 直驱永磁风力发电系统并网控制技术及研究现状26-27
- 1.4 固体氧化物燃料电池的建模及并网控制技术的研究现状27-29
- 1.4.1 固体氧化物燃料电池建模的发展状况27-28
- 1.4.2 固体氧化物燃料电池并网控制系统的研究现状28-29
- 1.5 论文的选题意义29-30
- 1.6 本文的主要研究内容和成果30-32
- 第2章 风涡轮机组的建模及MATLAB仿真32-45
- 2.1 风速模型32-33
- 2.2 风涡轮机组功率转换模型及仿真分析33-38
- 2.2.1 功率转换模型的建立33-36
- 2.2.2 风涡轮功率转换特性的仿真分析36-38
- 2.2.3 风涡轮机组发电的四个运行区域38
- 2.3 传动链模型38-42
- 2.4 变速直驱型风涡轮机组模型的构成及仿真分析42-44
- 2.4.1 结构组成及参数设置42-43
- 2.4.2 电磁阻力矩控制风涡轮机组转速的动态特性的仿真分析43-44
- 2.4.3 桨距角控制风涡轮机组转速、功率的仿真分析44
- 2.5 本章小结44-45
- 第3章 DDPMWG功率控制特性的研究45-76
- 3.1 直驱永磁同步发电机的电气建模及参数确定46-54
- 3.1.1 三相定子固定参考系中的PMSG数学模型46-48
- 3.1.2 d-q-0轴旋转参考系中的数学模型48-50
- 3.1.3 状态空间模型50
- 3.1.4 10兆瓦DDPMWG电气参数的确定50-52
- 3.1.5 10兆瓦DDPMWG的MATLAB仿真分析52-54
- 3.2 不可控桥式整流及BOOST-CHOPPER电路54-63
- 3.2.1 不可控桥式整流电路的工作原理54-55
- 3.2.2 BOOST-CHOPPER电路的工作原理55-57
- 3.2.3 电路参数确定及控制过程分析57-58
- 3.2.4 控制DDPMWG转速的仿真分析58-61
- 3.2.5 直接控制DDPMWG功率的仿真分析61-63
- 3.3 PWM桥式可控整流电路控制DDPMWG功率特性的研究63-74
- 3.3.1 时域离散开关函数模型63-64
- 3.3.2 d-q模型的建立及控制系统的设计64-66
- 3.3.3 MATLAB控制模块的建立及参数的确定66-69
- 3.3.4 转速控制的仿真分析69-71
- 3.3.5 基于三环PI控制的功率控制电路及仿真分析71-74
- 3.4 本章小结74-76
- 第4章 DDPMWPS并网功率控制技术的研究76-99
- 4.1 PWM逆变器并网控制电路的研究76-85
- 4.1.1 PWM逆变器并网控制电路的数学模型76-78
- 4.1.2 MATLAB控制模型的建立78-81
- 4.1.3 仿真参数的设置81-82
- 4.1.4 PWM逆变器的两种功率控制方式的仿真分析82-85
- 4.2 DDPMWPS并网发电按给定功率控制的研究85-93
- 4.2.1 全风况下按给定功率控制策略的研究85-89
- 4.2.2 恒风速下DDPMWPS按给定功率控制的仿真分析89-91
- 4.2.3 全风况下DDPMWPS按给定功率控制的仿真分析91-93
- 4.3 DDPMWPS最大功率追踪控制策略的研究93-95
- 4.3.1 最大功率追踪控制策略的综述93-94
- 4.3.2 一种快速、简单、高效的最大功率追踪控制策略94-95
- 4.3.3 改进了最大风功率追踪的按给定功率控制输出控制策略95
- 4.4 一种新颖的平滑强风下输出功率的控制策略95-97
- 4.4.1 平滑强风下输出功率的控制策略的工作原理95-96
- 4.4.2 两种控制策略的切换96-97
- 4.4.3 仿真结果97
- 4.5 本章小结97-99
- 第5章 DDPMWPS与SOFC混合建模及功率平滑控制99-117
- 5.1 固体氧化物燃料电池的工作原理99-101
- 5.1.1 发电的工作原理及化学方程式99-100
- 5.1.2 单个电池中电压的形成100-101
- 5.2 SOFC发电的动态过程分析101-104
- 5.2.1 气体摩尔流量的计算101-103
- 5.2.2 集总电池中气体分压的计算103
- 5.2.3 化学反应的动态过程103-104
- 5.2.4 极化电压的简化104
- 5.3 SOFC电池集总模型的建立及电压电流特性的分析104-108
- 5.3.1 SOFC电池集总模型的建立104-106
- 5.3.2 稳态电压电流特性的分析106-108
- 5.4 SOFC并网功率控制技术的研究108-111
- 5.4.1 并网功率控制电路的设计108-109
- 5.4.2 SOFC并网发电负荷跟随特性的仿真分析109-111
- 5.5 DDPMWPS与SOFC混合系统的构建及功率平滑控制111-116
- 5.5.1 全风况强风波动下按额定功率输出112-113
- 5.5.2 全风况强风波动下按任意给定功率输出113-114
- 5.5.3 风速在额定风速以下波动时按额定功率输出114-115
- 5.5.4 风速在额定风速以下波动时按任意给定功率输出115-116
- 5.6 本章小结116-117
- 第6章 孤岛中风-氢混合发电系统功率控制的研究117-132
- 6.1 孤岛中风-氢混合发电系统系统结构118-119
- 6.2 风-氢混合发电系统功率控制仿真模型119-122
- 6.2.1 系统功率控制动态简化仿真模型119-121
- 6.2.2 风速模型和风力发电机组模型121-122
- 6.3 混合发电系统的功率控制原理122-123
- 6.3.1 功率偏差122
- 6.3.2 频率偏差122
- 6.3.3 功率控制电路及方法122-123
- 6.4 不同结构的混合发电系统仿真结果及比较分析123-131
- 6.4.1 四种系统仿真结构及参数设定123-125
- 6.4.2 不同结构的混合发电系统仿真结果分析125-131
- 6.5 本章小结131-132
- 结论及展望132-134
- 参考文献134-146
- 致谢146-147
- 附录A 攻读博士学位期间发表学术论文147-148
- 附录B 攻读博士学位期间参加的项目148
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