用于风光互补发电系统的超导磁储能装置研究

摘要

随着现代电力工业技术的不断发展,电能已经成为人类生产和生活中应用最为广泛的二次能源,与此同时,人们对于电能质量也提出了越来越高的要求。近年来,不断出现的能源危机、日益严重的环境污染,使得利用风光发电满足人类日益扩大的电力需求成为新的研究热点。风光互补发电对环境没有污染,但目前效率偏低,更重要的是风能、太阳能本身的不稳定性对所发出电能的稳定性有极大的影响。在风光互补发电中,利用超导磁储能可以快速、高效地调节电能质量这一优势,有效地提高风光互补发电输出的稳定性。本文详细分析了电压源型超导磁储能装置在三相平衡时的数学模型、工作原理以及充、放电模式；较深入地研究了用于超导磁储能装置中的电压源型变流器的双环控制方法和斩波器的滞环控制策略,设计了电压源型变流器电压、电流双闭环控制器；进行了风光互补发电系统存在问题的分析,并针对超导磁储能装置对风光互补发电稳定性的提升作用进行了仿真研究；设计了主电路开关管、电感和电容等参数,以TMS320LF2407A DSP为控制芯片设计了控制电路以及驱动电路,完成软件算法的编写,并搭建了一个容量为10kVA的超导磁储能装置实验平台；对电压源型超导磁储能装置的工作原理和控制策略进行了仿真和实验验证。仿真和实验结果验证了本文所设计的控制方案的可行性以及理论分析的正确性。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 本课题的意义背景

1.2.1 风光发电的意义背景

1.2.2 风光发电技术的发展

1.2.3 超导储能技术

1.2.4 超导储能技术的发展

1.3 本课题的主要任务

2 超导储能装置工作原理及其控制算法

2.1 超导储能装置原理

2.1.1 超导储能装置的基本结构原理

2.1.2 三相静止坐标系下VSC的数学模型

2.1.3 坐标变换原理

2.1.4 两相同步旋转坐标系下VSC的数学模型

2.1.5 斩波器的工作原理

2.2 超导储能装置充、放电中的功率调节

2.3 超导储能装置的控制方案

2.3.1 基于同步旋转坐标系的电压源型变流器电流解耦控制

2.3.2 VSC的SVPWM控制

2.3.3 斩波器控制

3 风光互补发电及其存在问题和解决方法

3.1 风光互补发电

3.1.1 风能发电

3.1.2 太阳能发电

3.2 风光互补发电的应用及存在的问题

3.3 风光互补发电中的超导储能装置

3.3.1 风光互补发电中超导储能装置的连接方式

3.3.2 风光互补发电中超导储能装置的基本控制

4 系统仿真

4.1 超导储能装置控制算法模型的建立

4.2 仿真结果及分析

4.3 小结

5 超导储能装置的实验平台设计及实验结果分析

5.1 超导储能装置实验平台设计

5.1.1 超导储能装置实验平台的硬件设计

5.1.2 超导储能装置实验平台的软件设计

5.2 实验分析

5.2.1 驱动信号

5.2.2 动态工作过程

5.2.3 稳态工作过程

5.3 实验小结

6 结论

6.1 全文总结

6.2 下一步工作展望

致谢

参考文献

附录