超导储能改善直驱风电系统并网运行性能研究

【摘要】：随着风力发电装机容量的不断提高及其并网规模的不断扩大,使得风电系统或电网运行状态的变化带来的不利影响已变得不容忽视：一方面,风能具有随机、不规律的特点,导致了风电机组输出功率的波动,并网后会影响电网的安全、高效及稳定运行；另一方面,当电网电压跌落时,也会给风电系统的正常运行带来一系列的暂态过渡过程,此时如果大量风电机组不具备低电压穿越能力而脱网,又会增加电网电压的恢复难度。 针对直驱风电系统并网运行过程中存在的输出有功功率波动和低电压穿越问题,采用在直驱风电系统并网变换器的直流环节并联超导储能系统的方法,根据电网电压正常以及电网电压跌落期间控制要求的不同,对超导储能系统的斩波器选取不同的控制信号,并提出双闭环加脉冲判断的控制策略,从而使得超导储能系统可以快速、准确地吞吐能量,确保直驱风电系统在电网电压正常时,克服输出有功功率波动的缺陷,向电网注入较为平滑的有功功率；而在电网电压跌落时,解决网侧变换器输出功率受限引起的变换器直流环节电压升高问题。 同时,在分析电网电压不对称跌落期间网侧变换器数学模型的基础上,给出了正、负序分量的分离方法,设计电网电压不对称跌落期间的软件锁相环,从而便于改进网侧变换器的控制策略,采用抑制并网功率波动的正、负序电流控制,解决电网电压不对称跌落期间,由于负序分量的出现造成的直驱风电系统并网电流畸变以及并网有功功率波动问题。 在仿真软件Matlab/Simulink环境下,进行了大量的仿真研究工作,以验证相关理论的正确性。仿真结果表明,并联超导储能系统,为超导储能系统设计适当的控制策略的同时,改进网侧变换器控制策略后,直驱风电系统可以向电网注入较为平滑的有功功率、低电压穿越能力得到一定的提升,从而使直驱风电系统并网运行性能得到有效的改善。 【关键词】：直驱风力发电 变换器控制 超导储能 斩波器控制 功率平滑 低电压穿越
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM614
【目录】：

• 目录5-7
• 摘要7-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-20
• 1.1 课题背景及意义13-14
• 1.2 直驱风电系统发展现状14-15
• 1.3 直驱风电系统功率平滑控制研究现状15-16
• 1.4 直驱风电系统低电压穿越问题研究现状16-17
• 1.5 SMES在风电系统中的应用研究现状17-18
• 1.6 本文的研究内容及各章内容安排18-20
• 第2章 直驱风电系统的数学模型及运行控制20-31
• 2.1 风机的建模仿真20-21
• 2.2 永磁同步电机的数学模型21-22
• 2.3 并网变换器的数学模型22-23
• 2.4 并网变换器直流环节的数学模型23
• 2.5 并网变换器的运行控制23-29
• 2.5.1 机侧变换器运行控制24
• 2.5.2 网侧变换器运行控制24-25
• 2.5.3 SVPWM技术及其仿真25-28
• 2.5.4 SPLL原理及其仿真28-29
• 2.6 直驱风电系统仿真研究29-30
• 2.7 本章小结30-31
• 第3章 SMES及其电压源型功率调节系统建模仿真31-37
• 3.1 SMES基本结构31-32
• 3.2 电压源型PCS基本原理32-33
• 3.3 电压源型PCS的数学模型33-34
• 3.3.1 充电过程的数学模型33-34
• 3.3.2 放电过程的数学模型34
• 3.4 电压源型PCS的运行控制34-35
• 3.5 斩波器充放电仿真研究35-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第4章 SMES实现直驱风电系统功率平滑控制37-44
• 4.1 风速建模分析37-38
• 4.2 并联SMES的直驱风电系统结构及工作原理38-39
• 4.3 并联SMES的直驱风电系统控制策略39-41
• 4.3.1 直驱风电系统并网变换器控制策略39
• 4.3.2 SMES斩波器的控制策略39-41
• 4.4 并网功率平滑程度判断标准41
• 4.5 功率平滑控制仿真研究41-43
• 4.6 本章小结43-44
• 第5章 带SMES的直驱风电系统低电压穿越运行研究44-54
• 5.1 SMES斩波器控制信号的选取44-45
• 5.2 带SMES的直驱风电系统低电压穿越能力仿真研究45-47
• 5.3 电网电压不对称跌落条件下网侧变换器数学模型47-49
• 5.4 正负序分量的分离49-50
• 5.5 电网电压不对称跌落条件下SPLL设计50
• 5.6 抑制并网功率波动的正负序电流控制50-52
• 5.7 抑制并网功率波动的正负序电流控制仿真研究52-53
• 5.8 本章小结53-54
• 总结与展望54-56
• 参考文献56-62
• 致谢62-63
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文63

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