永磁电机式机械弹性储能机组建模与储能运行控制

摘要

电能的生产、传输和消费是同时完成的，近年来，由于光伏发电、风力发电等新能源在我国发展迅猛，其本身所固有的随机性、间歇性特点，给电网的功率平衡和运行调度带来巨大压力。因此设计一种大容量的电能储存装置，对于保证电能的供需平衡，解决规模化“间歇性电源”入网问题具有十分重要的意义。
　　 基于此，在论述当前电力系统主要储能方式和国内外储能技术发展现状的基础上，通过深入研究机械涡簧弹性储能原理，本文提出了一种新的基于机械弹性的储能方法，研究了一种以永磁同步电机(PMSM)为储能电机的永磁电机式机械弹性储能(MEES)机组，分析了MEES机组的基本组成与工作原理，建立了永磁电机式MEES机组各组成部分的数学模型，提出了机组储能运行控制方法，并在Matlab/Simulink环境下建立了机组的全仿真模型，对机组储能运行控制进行了仿真分析。
　　 针对永磁电机式MEES机组储能运行方式，本文着重研究了MEES机组储能运行控制，提出了两种适宜于MEES机组储能运行的控制策略，即基于PI的矢量控制策略和基于直接反馈线性化的非线性控制策略。矢量控制中，机侧变流器采用转速、电流双闭环控制，网侧变流器采用电压、电流双闭环控制;非线性控制策略中，先采用直接反馈线性化理论将PMSM模型精确线性化，再运用最优线性控制理论实现机组的高精度控制。对储能运行方式下两种控制策略下的电机转速、定子电流d轴分量、q轴分量和电磁转矩的运行特性进行了仿真比较，结果表明，与传统PI矢量控制策略相比，基于直接反馈线性化的控制方法具有更好的动态性能，能够达到高精度的控制效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 储能技术国内外研究现状

1．3 机械弹性储能机组简介

1．3．1 机械弹性储能机组构成

1．3．2 机械弹性储能机组工作过程

1．3．3 机械弹性储能机组控制方式

1．4 本文的主要工作

第2章 永磁电机式MEES机组模型分析

2．1 永磁电机式机械弹性储能机组的基本原理与组成

2．2 储能箱的数学模型

2．3 永磁同步电动机的数学模型

2．3．1 A-B-C坐标系下数学模型

2．3．2 d-q-0坐标系下数学模型

2．4 双PWM变流器模型

2．5 本章小结

第3章 基于Matlab／Simulink的永磁电机式MEES机组矢量控制

3．1 Matlab／Simulink简介

3．2 永磁电机式MEES机组建模

3．2．1 机械弹性储能箱模块

3．2．2 永磁同步电动机模块

3．2．3 双PWM变流器模块

3．2．4 坐标变换模块

3．2．5 永磁电机式MEES机组全仿真模型

3．3 永磁电机式MEES机组控制策略分析

3．3．1 机组运行方式分析

3．3．2 电机矢量控制技术

3．3．3 电机侧变流器控制策略

3．3．4 电网侧变流器控制策略

3．4 仿真分析

3．5 本章小结

第4章 基于直接反馈线性化的永磁电机式MEES机组非线性最优控制

4．1 直接反馈线性化控制原理

4．2 永磁电机式MEES机组模型的直接反馈线性化

4．3 永磁电机式MEES机组的速度跟踪控制设计

4．4 仿真分析

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 本文研究所取得的结论

5．2 对下一步工作的展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢