基于储能保护的永磁直驱风电系统LVRT仿真研究

【摘要】：风电是当前开发速度最快的可再生能源,随着风电能源并网规模的扩大,它所带来的一些相关技术课题也亟待解决,其中最具代表性的是低电压穿越技术课题的研究。然而,国内在这方面的研究起步相对较晚,并且相关文献的研究多是基于卸荷电阻的保护方式,这样就造成了既生能源的浪费,效率较低。因此,本文改善了这种控制策略,研究了基于储能保护的低电压穿越保护技术。 论文首先分析了国内外低电压穿越技术的发展现状以及存在问题；然后介绍了基于超级电容器的储能系统模型,以及适用于储能保护的风电系统拓扑结构,最终选用不可控整流的拓扑结构,并分析了三种储能保护电路及其原理。 其次,分析和研究了不可控整流结构下的MPPT算法,并归纳总结出功率-转速偏差控制算法,实现MPPT功能；接着推导了空间电压矢量调制算法,并建立了M-S函数仿真电路模型；然后,建立了网侧变流器的数学模型,为实现单位功率因数的控制目标,采取了电压外环、电流内环的双闭环控制策略。 最后,研究了基于储能的低电压穿越保护控制算法,分析并提出利用多重变量协调控制储能系统工作状态的算法模型,在中间直流环节和储能系统之间建立双向DC-DC变换电路,为二者提供能量传输通道,然后在电网电压对称跌落的情况下,进行低电压穿越保护的仿真实验。 为了简化仿真模型,本文仅研究恒定风速下风电机组并网的低电压穿越保护策略,通过仿真考察添加储能保护后系统在低电压穿越过程中的功率平衡效果。在以上理论研究的基础上,本文采用MATLAB/SIMUlink仿真软件,建立了整个系统电路的仿真模型,对网侧控制算法和储能保护控制算法进行了仿真验证,结果显示系统能够实现预期控制效果,验证了其正确性。 【关键词】：不可控整流 升压 电压空间矢量脉宽调制 低电压穿越 DC-DC换流器 储能保护
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题选题背景11
• 1.2 我国风电产业的现状及问题11-12
• 1.3 低电压穿越技术标准及其保护技术12-16
• 1.3.1 低电压穿越技术标准12-14
• 1.3.2 低电压穿越保护技术及存在的问题14-16
• 1.4 本文主要内容16-17
• 第2章 储能超级电容模型及主电路方案分析17-28
• 2.1 储能超级电容器17-20
• 2.1.1 超级电容介绍17-18
• 2.1.2 超级电容模型18-19
• 2.1.3 超级电容容量估算19-20
• 2.2 适用于储能保护的永磁直驱风电系统拓扑20-23
• 2.2.1 永磁直驱风电系统结构要件20-21
• 2.2.2 永磁直驱风电系统的两种变流结构21-23
• 2.3 适用于直流环节的低电压穿越保护原理分析23-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 系统主电路数学模型及控制策略28-56
• 3.1 机侧不可控整流+Boost电路模型28
• 3.2 Boost斩波电路升压原理28-29
• 3.3 Boost电路的MPPT控制29-33
• 3.3.1 Boost电路MPPT原理分析29-30
• 3.3.2 MPPT控制算法30-33
• 3.4 SVPWM算法及仿真模型33-40
• 3.4.1 SVPWM算法原理34-35
• 3.4.2 SVPWM算法推导步骤35-38
• 3.4.3 SVPWM算法的M-S函数仿真模型38-40
• 3.5 网侧变流器控制算法40-48
• 3.5.1 网侧变流器的数学模型41-48
• 3.6 系统仿真及结果分析48-55
• 3.7 本章小结55-56
• 第4章 基于储能保护的低电压穿越建模与仿真56-68
• 4.1 储能保护控制策略分析与设计56-58
• 4.2 系统MATLAB仿真及结果分析58-65
• 4.2.1 系统仿真电路及参数58-59
• 4.2.2 仿真波形及结果分析59-65
• 4.3 储能保护与卸荷保护对比分析65-67
• 4.4 本章小结67-68
• 结论68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 附Ⅰ 系统整体控制框图73-74
• 附Ⅱ SVPWM的M-S函数74-75

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