电气工程及其自动化毕业设计论文(最终版本)资料
毕业设计论文姓 名： 冯琦 学 号： 1009310217 学 院： 电气工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 题 目： 超级电容器储能平抑风电场功率波动的仿真研究 指导教师： 李卫国 2014 年 6 月摘 要随着全球能源和环境问题的日益突出，风能作为一种清洁的可再生能源，其全球蕴藏量极为丰富，大力发展风力发电可以改善世界能源供给结构，缓解全球能源紧张和环境污染等问题，为人类社会的可持续发展做出重要贡献。然而，随着并网风电场规模的不断增大，风电功率的随机性和波动性对电力系统的影响越来越明显。大规模风电并网后对电网安全性、稳定性以及调度带来很大的影响，如果这些问题得不到有效的解决，不仅会危及到电网的安全稳定运行，而且会制约风力发电大规模的发展。本文以平抑并网风电场输出功率波动，减小风电场并网对电力系统不利影响为目的，提出了一种以超级电容储能技术为基础，分布配置储能系统的新型风力发电系统方案，对风电场输出功率波动平抑策略，储能原理及储能元件参数进行研究。首先，根据风电场输出功率特性和储能技术特点，选出采用超级电容器储能，继而提出一种以平均功率为参考的双向变流器控制策略。然后根据超级电容器的原理进行仿真，找出了电容器时间常数与平抑效果和储能容量之间的关系，结合文中的输出功率波形，确定了最优时间常数，并验证了超级电容器储能对于平抑功率波动具有显著的作用效果。关键词 风力发电；功率波动；超级电容储能；控制策略AbstractWith the global energy and environment issues have become increasingly prominent,wind power as a clean&renewable energy, its global reserves is extremely rich, wind power can improve the structure of world's energy supply and ease the global energy shortage and environmental pollution problems, make an important contribution to the sustainable development of human society. However,with increasing scale of grid-connected wind farms, the effect of wind power randomness and volatility to power system become more and more obviously. Large-scale wind power bring a great impact on grid security, stability and dispatch , if these problems can not effectively addressed, it will not only endanger the safe and stable operation of the grid, but also limit large-scale wind power developments. To stabilize the grid-connected wind farm output power fluctuations, reduce the adverse effects to power system. This paper purposes a new wind power generation system based on double-fed wind power generation and centralized configuration energy storage system. The strategy of stabilizing wind output power fluctuations, The energy storage principle and the energy storage component parameters were studied.First of all, based on the characteristics of wind power output characteristics and energy storage technology, selected using the super capacitor energy storage, and then put forward a kind of average power as the reference of the bidirectional converter control strategy. Then according to the principle of the super capacitor are simulated, found that the capacitor time constant and smooth effect and the relationship between the energy storage capacity, Combined with the text of the output waveform, determine the optimal time constant, and verify the super capacitor energy storage has significant effect to restrain the power fluctuations.Keywords: Wind power generation; Power fluctuations; Super capacitor energy storage; The control strategy目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 课题背景及意义11.2 课题研究现状21.2.1 利用储能系统增强风电并网稳定性21.2.2利用储能系统提高电能质量31.3 本文的研究内容3第2章 双馈风力发电机和储能系统52.1 风力发电系统的基本运行方式52.1.1 变速恒频发电技术62.1.2双馈异步风力发电机原理及其特点62.1.3 双馈风力发电机功率输出曲线72.2 储能系统82.2.1 储能技术简介82.2.2 储能技术在风电场的应用112.2.3 适用于风力发电储能的技术及特点122.3 本章小结12第3章 风电场储能系统配置方式143.1 配置方式分类143.2 分布式储能方式153.2.1 双向直流变换器控制模型153.2.2 双向直流变换器平均功率控制策略17第4章 超级电容器储能原理及建模194.1 风力机建模194.1.1 风速数学模型194.2 超级电容器平抑功率波动模型204.2.1 风电功率波动平抑目标204.2.2 超级电容器模型及平抑方法204.3 本章小结22第5章 超级电容器在风力发电中的应用仿真245.1 仿真内容概述245.2 Matlab仿真软件的概述245.2.1 Matlab及Simulink的仿真基础255.2.2 Simulink在电力系统的建模与仿真应用265.3 双向直流变换器的simulink仿真265.3.1 boost升压电路仿真分析265.3.2 buck降压电路仿真分析285.4 风速模型仿真305.5 风力发电机输出功率模型仿真315.6 超级电容器平抑功率波动仿真32结 论36参 考 文 献37致 谢40第1章 绪 论1.1 课题背景及意义可再生能源，顾名思义，指的是与化石能源相对应、能够永续利用的能源，如核能、太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能等。我国可再生能源多种多样、储量丰富，未来将成为化石能源的替代品，在能源结构中所占比重将不断增加，虽然在相当长的一段时间内，以煤炭为主的化石能源仍将是我过的主流能源，但从长远发展、碳排放及能源安全等方面考虑，在合理开发、高效利用化石能源的同时，积极开发清洁的可再生能源，能够有效应对资源短缺和环境污染的严峻局面，也是我国可持续发展的必经之路。在所有可再生能源中，风能占到了42%，而且风力发电技术在成熟度和经济效益方面也是在各种可再生能源的发电技术中占较大优势的，因此它是世界范围内发展速度最快的新能源分布式发电技术。在我国，近十多年来风力发电也获得了迅猛的发展，风电装机容量从2005年至2010年五年时间逐年翻倍，并达到41830MW而超越美国成为世界第一风电大国，中国可再生能源协会根据当前风电发展趋势预测，到2020年底，我国全国风电总装机容量将超过30GW。然而与传统的水力发电和火力发电不同，风力发电的原动力是空气流动产生的风能，风能受天气条件的影响，具有随机性和波动性，风电场输出功率是由风速、风向、湿度和大气压力等条件共同决定的。正因为这种不确定性和波动性，使得风力发电和传统常规能源发电具有很多不同点，其运行工况更为复杂。根据实际风电场运行经验，风电场的输出功率往往具有很大的波动性，其在一分钟的间隔内功率输出变化最大可达60%的风电场装机容量。实现风力资源大规模开发和利用最有效的方式是并网运行，但是大型风电场输出功率的特性导致其并网后对电力系统的安全稳定性和稳定性造成诸多不利影响。随着我国风电的迅猛发展，各种大型风电场相继建成并投入运行，当接入电力系统的风电容量超过一定的百分比之后，风电功率的随机波动将会增加电力系统调频、调压以及运行调度难度和运行成本。特别的，当大型并网风电场功率波动超过电力系统调峰调频能力范围时，将严重威胁到电力系统的安全运行。因此，国家标准风电场接入电力系统技术规定对大型并网风电场输出功率的波动范围进行了明确的限制。在风电场配置一定容量的储能系统可以很好解决风电功率波动性和间歇性的缺点，通过控制储能系统和风电场的协调运行来调节风电场注入电力系统的功率波动，使风电场注入电力系统的功率波动满足系统安全稳定运行的要求。这样不仅提高了并网风电场运行的稳定性和经济性，减小了风电功率波动对电力系统造成的影响，而且储能系统还可以提供一定的无功支持，改善风电的电能质量，使风电场成为可调度的电源。因此储能系统在风电场的应用具有十分重要的现实意义1-4。1.2 课题研究现状风电功率输出由于受天气和地理条件的影响具有很大的波动性和随机性，在风电场并网运行时，风电功率的这种特性将会给电力系统的稳定性和电能质量造成很大的影响，尤其是随着我国风电并网的规模快速增长，风电容量在电力系统所占比例逐步增加，这种影响变的更加显著。如果这些问题不能够有效的解决，不仅会影响到电力系统的安全稳定运行
