基于飞轮储能的并网风电系统有功功率波动抑制研究

【摘要】：风电并网是实现风能利用的最重要途径,然而由于风速本身具有的随机性和间歇性特点,风力发电机组输出到电网的功率往往会有较大波动,大的功率波动会对电网的电压和频率调控带来很多不利影响,进而影响到电网的安全性和稳定性。因此在风力发电机组并网运行时非常有必要采取一些措施来抑制其输出功率波动。本文考虑采用飞轮储能装置来实现风力发电机组输出功率波动抑制。论文首先介绍了飞轮储能技术的特点、工作原理及其主要组成结构,对10kWh飞轮驱动电机的数学模型和class=0的矢量控制方法进行了研究,然后对飞轮储能装置在风力发电中的配置方式进行了分析。为了研究飞轮储能装置对风电机组输出功率波动抑制效果,论文分别建立了风力机模型、1.5MW双馈风力发电机模型、电网模型,与10kWh飞轮储能装置模型构成一个整体系统,对网侧变流器、飞轮电机转子侧变流器的控制策略进行了深入研究,最后与无飞轮储能装置时的并网风力发电系统仿真进行对比,仿真结果表明,利用飞轮储能装置可以很好地抑制双馈风力发电机组输出功率波动。针对传统控制策略中存在的飞轮转速越限缺点,论文提出了基于模糊推理的飞轮储能装置优化控制策略,通过模糊推理将飞轮转速与飞轮储能装置补偿功率同时作为输入控制信号考虑,使飞轮转速与补偿功率联系更为紧密,增强了飞轮储能装置的动态响应能力,减少了飞轮电机的过充、放电机率和转速越限机率。 【关键词】：风电并网 飞轮储能装置 功率波动抑制 模糊推理
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题的研究背景和意义8-10
• 1.1.1 我国风电发展的现状和趋势8-9
• 1.1.2 我国风电并网存在的问题及解决方案9-10
• 1.2 储能技术的概述10-12
• 1.2.1 储能技术对新能源产业的影响10
• 1.2.2 储能技术的分类及其应用10-11
• 1.2.3 飞轮储能技术的原理及其特点11-12
• 1.2.4 飞轮储能技术在风力发电中的发展前景12
• 1.3 课题的研究现状12-15
• 1.3.1 飞轮储能技术在风力发电中的应用现状12-13
• 1.3.2 风力发电机组输出功率波动抑制策略研究现状13-15
• 1.4 论文的主要工作15-16
• 第2章 飞轮储能装置的结构组成及其驱动电机的建模仿真16-35
• 2.1 飞轮储能装置的结构组成16-20
• 2.1.1 飞轮转子16-19
• 2.1.2 支撑轴承19
• 2.1.3 电力电子转换装置19
• 2.1.4 驱动电机19-20
• 2.1.5 真空系统20
• 2.2 飞轮驱动电机模型的研究20-25
• 2.2.1 飞轮驱动电机的分类与物理模型20-22
• 2.2.2 飞轮驱动电机的数学模型22-25
• 2.3 飞轮驱动电机ifd = 0 矢量控制方法的建模与仿真25-34
• 2.3.1 飞轮驱动电机矢量控制方法的研究25-26
• 2.3.2 飞轮驱动电机ifd = 0 矢量控制系统的模型26-32
• 2.3.3 飞轮驱动电机ifd = 0 矢量控制系统仿真分析32-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 含飞轮储能的并网风电系统有功功率波动抑制研究35-56
• 3.1 飞轮储能装置在并网风力发电系统中的配置方式35-36
• 3.2 基于 10kWh飞轮储能的并网风力发电系统组成与工作原理36-38
• 3.3 风力机模型38-41
• 3.4 双馈风力发电机组运行特性41-42
• 3.5 基于 10kWh飞轮储能的并网风力发电系统运行控制研究42-48
• 3.5.1 双馈风力发电机转子侧变流器控制策略42-45
• 3.5.2 电网侧变流器控制策略45-47
• 3.5.3 飞轮驱动电机侧变流器控制策略47-48
• 3.6 三相电压软件锁相环仿真实现48-50
• 3.7 基于 10kwh飞轮储能的风电系统建模与仿真分析50-55
• 3.8 本章小结55-56
• 第4章 含飞轮储能的并网风电系统优化控制研究56-62
• 4.1 基于模糊推理的飞轮储能装置优化控制策略56-57
• 4.2 模糊推理输出波动功率Pf*的确定57-60
• 4.3 基于模糊推理的飞轮转速与风电系统波动功率优化控制仿真分析60-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 结论62-63
• 参考文献63-66
• 在学研究成果66-67
• 致谢67

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