基于储能的小型风力发电机并网控制的实验研究

摘要

我国风电主要采用大规模集群式接入方式，风电场也主要分布在西部地区。由于距离东部负荷中心距离远，电能又无法就地消纳，因此，风电场“弃风”现象严重。同时，集群式接入的风力电机，当故障穿越无法完成时，容易发生大规模脱网解列现象，对电力系统稳定性造成不利影响。采用小型风力发电机，在东部负荷中心地区，分散式接入电网，不仅有利于电能的及时消纳，而且小容量风机单机接入方式，对电力系统稳定性影响较小。为了平滑风力电机输出功率，提高其并网运行功率调节的灵活性，采用储能系统与小型风力电机联合发电。针对分散式接入方式，储能系统更多地考虑了负荷侧的需求来进行设计，将储能装置接入位置设计在双PWM变流器直流侧。为了降低小型风力发电系统变流器和储能系统整体容量、提高经济性，相对于永磁风力电机，本文选用了双馈异步发电机(Doubly Fed Induction Generator，DFIG)作为小型风力发电机的类型。
　　首先，论文设计了基于储能的小型风力发电系统，针对小型风力电机、PWM变流器和储能系统的选型与容量配置都进行了设计，同时，选择了适合的微机控制系统和控制算法;第二，论文设计了网侧PWM变流器基于电网电压定向矢量控制的硬件实验平台，开展了实验工作，验证了控制策略有效性，能够维持变流器直流侧电压恒定在指令值和保证变流器良好的输入特性、使其具有可调的功率因数;第三，论文设计了转子侧PWM变流器基于定子磁场定向的矢量控制的硬件实验平台，开展了空载并网的实验工作，实现了双馈风力电机定子空载建压并进行并网的目的;第四，论文针对小型风力发电机结合储能装置的应用场合和工作模式，结合具体案例，进行了细致的分析与总结，模拟了风力电机在亚同步速和同步速运行工况，蓄电池实现功率调节的而作用;最后，论文对全文的理论分析和实验研究结果进行了总结与展望。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 风力电机与储能技术联合发电的研究现状

1．2．1 风力发电的研究现状

1．2．2 储能技术的研究现状

1．2．3 风机-储能联合发电的研究现状

1．3 本文的主要研究内容

第2章 基于储能的小型风力发电系统的设计

2．1 引言

2．2 小型风力发电机的选择

2．2．1 小型风力发电机容量的选择

2．2．2 小型风力发电机的类型选择

2．2．3 双馈风力发电机的理论基础

2．3 PWM变流器的选择

2．3．1 双PWM变流器的结构

2．3．2 双PWM变流器容量的选择

2．3．3 PWM变流器的理论基础

2．4 微机控制系统的选择

2．4．1 DSP的性能特点

2．4．2 ARM的性能特点

2．4．3 适用于风力发电系统的微机控制系统选择

2．5 PWM变流器控制算法的选择

2．6 储能系统的选择

2．6．1 储能方式的对比与选择

2．6．2 储能系统的理论基础

2．6．3 储能系统接入位置的选择

2．6．4 储能系统容量的选择

2．7 本章小结

第3章 网侧PWM变流器控制策略的实验研究

3．1 引言

3．2 网侧PWM变流器的控制策略

3．3 网侧PWM变流器控制实验系统

3．3．1 网侧PWM变流器控制硬件实验平台

3．3．2 网侧PWM变流器控制软件实验程序

3．4 网侧PWM变流器控制的实验结果与分析

3．5 本章小结

第4章 转子侧PWM变流器控制策略的实验研究

4．1 引言

4．2 转子侧PWM变流器的控制策略

4．3 转子侧PWM变流器控制实验系统

4．3．1 转子侧PWM变流器控制硬件实验平台

4．3．2 转子侧PWM变流器控制软件实验程序

4．4 转子侧PWM变流器控制的实验结果与分析

4．5 本章小结

第5章 基于储能的小型风力发电系统工作模式研究

5．1 引言

5．2 双馈风力发电系统功率特性和运行特性

5．2．1 双馈风力发电系统的功率特性

5．2．2 双馈风力发电系统的运行特性

5．3 小型风力发电机的应用场合分析

5．3．1 家用小型风力发电机

5．3．2 城市小区用小型风力发电机

5．3．3 农村用小型风力发电机

5．3．4 特定场合—高校实验室用小型风力发电机

5．4 储能装置基本特性分析

5．5 蓄电池储能装置参与并网运行小型风力发电系统功率调节的研究

5．5．1 蓄电池在风力电机亚同步速运行状态参与功率调节

5．5．2 蓄电池在风力电机超同步速运行状态参与功率调节

5．5．3 DFIG+BESS典型运行工况的实验研究

5．6 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢