飞轮电池在分布式电源微网中对电能质量的改善作用

摘要

随着世界经济的快速发展，资源短缺问题日益严重，在此压力下可再生能源已受到世界各国的重视和利用。在多种可再生能源中，常采用清洁型的风能和太阳能作为微网中的分布式电源。
　　 风能和太阳能这类分布式电源均属于间歇性能源，输出功率会因风速、光照等其它因素的影响不断发生变化，具有很强的不可控性、随机性和波动性。在微网独立运行时，这类分布式电源容易造成系统电压波动。针对这一电能质量问题，本文提出将飞轮电池并联在系统交流侧的方案。通过飞轮电池平衡系统功率，抑制电压波动，以达到改善电能质量的目的。
　　 本文介绍了含风光分布式电源微网独立运行时的系统结构，详述了该系统风力发电单元和光伏发电单元的工作原理。风光发电单元通常工作在最大功率状态以提高风光能源的利用率，在此条件下，将风光发电单元作为不可控单元。对系统发电单元输出功率变化引起的电压波动进行了分析及飞轮电池改善电压波动做了相应的研究。研究结果表明:当风光发电单元输出的总功率发生变化或者负载功率发生变化时，系统功率平衡状态被打破，出现功率差值，就会引起电压波动。飞轮电池根据风光发电单元的输出功率与负载的消耗功率之间的功率差值，改变自身的输出功率，平衡系统功率。
　　 在飞轮电池充放电的基础上，本文着重对飞轮电池的双PWM变流器进行了相应控制。根据变流器直流侧电压、交流母线电压幅值的变化情况，均采用电压电流双闭环控制方法对双PWM变流器进行控制，该控制策略能够实现系统功率平衡，达到抑制电压波动的目的。通过仿真验证了飞轮电池可以有效抑制电压波动，达到了改善系统电能质量的目的。最后，设计了系统主电路和搭建了基于dsPIC30F3011芯片为核心的控制电路硬件实验平台。软件部分给出了主程序流程图、子程序流程图和软件设计思路，并对实验结果做了相应的分析。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 课题研究意义

1．2 微网相关概念

1．2．1 微网定义、结构及特点

1．2．2 分布式电源

1．3 电能质量

1．4 储能装置

1．4．1 储能技术的分类及对比

1．4．2 储能装置在微网中的作用

1．5 国内外研究现状

1．6 本文研究内容

第2章 分布式电源微网系统组成

2．1 风光分布式电源微网系统结构

2．2 系统结构单元组成

2．2．1 风力发电单元组成

2．2．2 光伏发电单元组成

2．2．3 飞轮电池

2．2．4 系统负荷

2．3 本章小结

第3章 飞轮电池双PWM变流器的数学模型

3．1 飞轮电池双PWM变流器的数学模型

3．1．1 abc三相静止坐标系下的数学模型

3．1．2 αβ两相静止坐标系下的数学模型

3．1．3 dq两相同步旋转坐标系下的数学模型

3．2 本章小结

第4章 飞轮电池改善微网电能质量的控制策略

4．1 功率不平衡对微网系统电压波动的影响分析

4．2 飞轮电池平衡系统功率的运行工况分析

4．3 飞轮电池改善系统电压波动的控制策略分析

4．3．1 相应的控制策略分析

4．3．2 飞轮电池的双PWM变流器的控制

4．4 空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)的原理及算法实现

4．4．1 SVPWM原理

4．4．2 SVPWM算法的实现

4．5 系统仿真分析

4．5．1 无飞轮电池储能装置系统电压的波动情况

4．5．2 有飞轮电池储能装置系统电压波动的情况

4．6 本章小结

第5章 飞轮电池控制系统的实现

5．1 飞轮电池控制系统主电路

5．2 系统控制电路

5．2．1 控制芯片

5．2．2 电压和电流检测电路

5．2．3 保护电路

5．2．4 驱动电路

5．3 系统软件设计

5．3．1 系统主程序

5．3．2 SVPWM子程序

5．3．3 其他程序

5．4 实验结果分析

5．4．1 实验平台相关参数

5．4．2 实验波形及分析

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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