基于超级电容器储能的风电机组低电压运行与控制

【摘要】：随着能源需求的不断扩大，风力发电在全球范围内得到了快速的发展，风电在电网中所占比例不断提升，风电与电网之间将形成相互依赖的局面。由于风电的间歇性与不稳定性等特点，大规模接入电网可能会对电网安全运行产生冲击，因此、国内外电网运营商将风电作为一种重要的能源形式的同时对风电加以标准化和规范化，电网故障情况下风电能否穿越故障与电网保持连接是风电机组并网的重要技术问题。 本文以永磁直驱风机为研究对象，对其并网结构与数学模型进行分析，在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建仿真模型，对其暂态运行特性进行分析，得出低电压运行存在的直流侧过电压以及电网侧无功不足等问题。 为提高低电压运行能力，在直流侧增加超级电容器储能单元，研究储能单元控制策略实现与直流侧电容进行双向能量交换，正常情况下，使直流侧电压更稳定；故障下，通过吸收直流侧功率，稳定了直流侧电压。通过理论分析与仿真研究得出了该并网模型下超级电容储能容量取值方法。 为了满足低电压运行时对电网的无功支撑，本文设计了使电网侧变流器在电网故障前后分别工作在单位功率因素模式和STATCOM模式的控制策略。根据检测环节提供的故障电压信号使STATCOM控制策略和直流侧超级电容器单元得以动作，最大限度为电网提供无功支撑，提高低电压穿越能力。针对电网电压瞬时跌落常伴有的不对称和相位跳变，本文提出一种具有较高精度与响应速度的基于二阶广义积分的正序电压分量检测法，为电网侧变流器正常模式与STATCOM模式的切换提供电压补偿指令。 本文依托科技部国家国际科技合作专项资助（International ScienceTechnology Cooperation Program of China），项目编号：172013DFG61520，项目名称：高效和可靠风力发电系统关键技术的合作研究。 【关键词】：低电压穿越 永磁直驱风机 超级电容器储能 储能容量 无功控制
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 研究背景与意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 风机低电压穿越标准11-12
• 1.2.2 风机低电压穿越现状综述12-14
• 1.3 研究内容14-16
• 第2章 直驱永磁风电系统数学模型与暂态分析16-27
• 2.1 永磁直驱风电机组并网结构16-17
• 2.2 永磁直驱风电系统数学模型17-22
• 2.2.1 风力机模型17-18
• 2.2.2 机械传动模型18
• 2.2.3 直驱永磁发电机数学模型18-19
• 2.2.4 电机侧变流器控制策略19-20
• 2.2.5 电网侧变流器控制策略20-22
• 2.3 仿真分析22-27
• 第3章 基于低电压穿越的超级电容器储能系统27-33
• 3.1 储能技术的作用与定位27-28
• 3.2 储能技术的发展现状28-30
• 3.2.1 储能的分类28-29
• 3.2.2 储能的发展现状29-30
• 3.3 超级电容器原理与模型30-33
• 3.3.1 超级电容器工作原理30-31
• 3.3.2 超级电容器等效电路模型31-32
• 3.3.3 含超级电容器储能的直驱风机并网结构32-33
• 第4章 超级电容器储能系统容量取值与控制策略研究33-41
• 4.1 电网故障下系统能量变化分析33-34
• 4.2 储能系统控制策略研究34-38
• 4.2.1 储能单元等效电路35
• 4.2.2 储能单元运行原理35-36
• 4.2.3 储能系统控制策略36-38
• 4.3 储能容量取值38-39
• 4.4 仿真分析39-41
• 第5章 电网侧变流器控制策略研究41-52
• 5.1 电网电压跌落下风电机组无功特性分析41-42
• 5.2 电网侧变流器 STATCOM 运行模式42-43
• 5.3 频率自适应正序电压分量检测法43-48
• 5.3.1 二阶广义积分正交信号发生器44-47
• 5.3.2 二阶广义积分同步电压检测系统47-48
• 5.4 仿真分析48-52
• 第6章 总结与展望52-54
• 6.1 总结52
• 6.2 展望52-54
• 参考文献54-57
• 附录57-58
• 致谢58-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文59

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