非并网风电储能系统优化控制

【摘要】：风能作为取之不尽、清洁干净的可再生能源成为人类开发研究的热点。但风能具有不稳定性、间歇性等特征，存在着并网困难的问题。风电非并网直供理论为大规模风电的利用提供了很好的解决方案。将风电技术和储能技术结合，能有效地抑制风电系统功率波动，平滑输出电压，提高电能质量。由于蓄电池的高能量密度，目前在风电储能中应用最为广泛，但其功率密度低，而超级电容器的功率密度高，因此两者组成的混合储能系统能够充分发挥各自的优势，储能系统的性能大幅度提升。 本文以非并网风电储能系统为研究对象，在对系统各个部分特性分析的基础上，建立了等效的数学模型，系统的建模包括风速，风力机，永磁同步发电机，桥式整流器，双向直流(DC/DC)变换器，蓄电池和超级电容器等部分。设计了一种用于风电系统的最大功率跟踪控制方法，把滑模控制与极值搜索控制相结合，不需要测量风速及获取风机的数学模型和参数等，避免了常规极值搜索控制中的微分环节。对连接蓄电池和超级电容器的双向DC/DC控制器设计了控制方案，当风机输出功率大于负载所需时，优先为蓄电池充电，当蓄电池电流大于限制时，超级电容器开始充电；相反情况下，蓄电池首先放电，当放电电流超过限制时，超级电容器放电供给负载所需。 对所建模型进行仿真分析，仿真结果证明了设计的最大功率跟踪控制方法可以最大化捕获风能；混合储能系统可以优化蓄电池充放电电流，保持母线电压的恒定，风速和负载变化的情况下混合储能系统能做出快速的响应。 【关键词】：非并网风电 混合储能 双向DC/DC变换器 蓄电池 超级电容器
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614;TM76
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 课题的研究背景与意义7-8
• 1.2 非并网风力发电技术8-9
• 1.3 储能技术9-11
• 1.4 课题研究的主要内容11-13
• 第二章 非并网风力发电系统的数学模型13-25
• 2.1 概述13
• 2.2 风速模型13-15
• 2.3 风机15-16
• 2.4 永磁同步电机16-17
• 2.5 三相电压型 PWM 整流器17-19
• 2.6 双向 DC/DC 变换器19-20
• 2.7 蓄电池20-22
• 2.8 超级电容器22-23
• 2.9 本章小结23-25
• 第三章 非并网风电系统最大风能跟踪控制方法的研究25-35
• 3.1 最大风能跟踪控制原理25
• 3.2 常规的最大风能跟踪控制的方法25-28
• 3.2.1 叶尖速比(TSR)控制算法25-26
• 3.2.2 功率信号反馈算法26-27
• 3.2.3 MPPT 登山法27-28
• 3.3 基于 SM ESC 的 MPPT 控制方法设计28-32
• 3.3.1 SM ESC 基本原理28
• 3.3.2 控制器设计28-29
• 3.3.3 参数变化时对 MPPT 性能的影响29-32
• 3.4 基于 SM ESC 的 MPPT 控制方法的仿真分析32-33
• 3.5 本章小结33-35
• 第四章 超级电容器蓄电池混合储能控制方法的研究35-53
• 4.1 概述35
• 4.2 混合储能系统模型的分析35-39
• 4.2.1 输出功率的提高37
• 4.2.2 内部损耗的降低37-38
• 4.2.3 运行时间的延长38-39
• 4.3 非并网风电的混合储能结构39-40
• 4.4 混合储能系统控制方法的研究40-43
• 4.4.1 三相 PWM 整流器矢量控制40-41
• 4.4.2 双向 DC/DC 控制对蓄电池的控制41-42
• 4.4.3 双向 DC/DC 控制对超级电容器的控制42-43
• 4.5 混合储能系统控制方案43-45
• 4.6 非并网风电混合储能系统的仿真分析45-52
• 4.7 本章小结52-53
• 第五章 总结与展望53-55
• 致谢55-57
• 参考文献57-61
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文61

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