基于混合储能的风电机组有功功率调节系统研究（学位论文-工学）.docx

分类号： TM46密 级：单位代码： 10433学 号： Y004121山 东 理 工 大 学硕 士 学 位 论 文基于混合储能的风电机组有功功率调节系统研究Research on Active Power Control System of Wind TurbineBased on Hybrid Energy Storage研 究 生： 宋群指 导 教 师： 赵艳雷协 助 指 导 教 师：申 请 学 位 门 类 级 别 ： 工 学 硕 士学 科 专 业 名 称： 电力电子与电力传动研 究 方 向： 风力发电及并网控制论 文 完 成 日 期： 2013 年 04 月 18 日独 创 性 声 明本 人 声 明 所 呈 交 的 论 文 是 我 个 人 在 导 师 指 导 下 进 行 的 研 究 工 作 及 取 得 的 研 究 成果 尽 我 所 知 ， 除 了 文 中 特 别 加 以 标 注 和 致 谢 的 地 方 外 ， 论 文 中 不 包 含 其 他 人 已 经 发表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 ， 也 不 包 含 为 获 得 山 东 理 工 大 学 或 其 它 教 育 机 构 的 学 位 或 证 书而 使 用 过 的 材 料 。

与 我 一 同 工 作 的 同 志 对 本 研 究 所 做 的 任 何 贡 献 均 已 在 论 文 中 作 了 明确 的 说 明 并 表 示 了 谢 意 研 究 生 签 名 ： 时 间 ： 年 月 日关于论文使用授权的说明本 人 完 全 了 解 山 东 理 工 大 学 有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 即 ： 学 校 有 权 保 留送 交 论 文 的 复 印 件 和 磁 盘 ， 允 许 论 文 被 查 阅 和 借 阅 ； 学 校 可 以 用 不 同 方 式 在 不 同 媒 体上 发 表 、 传 播 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 ， 可 以 采 用 影 印 、 缩 印 或 扫 描 等 复 制 手 段 保存 、 汇 编 学 位 论 文 保 密 的 学 位 论 文 在 解 密 后 应 遵 守 此 协 议 )研 究 生 签 名 ： 时 间 ： 年 月 日导师签名： 时 间 ： 年 月 日山 东 理 工 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘 要摘 要风 力 发 电 机 组 输 出 功 率 的 间 歇 与 波 动 会 导 致 网 上 潮 流 大 小 与 方 向 的 频 繁 变 化 ， 进而 引 起 局 部 电 压 不 稳 定 和 频 率 波 动 ， 使 得 电 能 质 量 下 降 ， 电 网 运 行 稳 定 性 降 低 。

为 了使 风 电 机 组 输 出 的 功 率 平 滑 的 馈 入 电 网 ， 需 要 采 取 相 应 的 措 施 控 制 风 电 机 组 的 输 出 功率 ， 以 减 小 风 电 出 力 的 间 歇 和 波 动 给 电 网 带 来 的 危 害 综述了国内外现有的平滑风电机组输出功率的方法，确定了以双向 DC/DC 变 流器 连 接 蓄 电 池 组 和 超 级 电 容 器 组 的 混 合 储 能 系 统 结 构 ， 建 立 了 双 向 DC/DC 变 流 器 与基 于 瞬 时 无 功 功 率 理 论 的 网 侧 变 流 器 数 学 模 型 ， 分 析 了 系 统 的 能 量 机 动 控 制 思 想 探 讨 了 影 响 风 力 发 电 系 统 储 能 容 量 的 因 素 ， 基 于 既 有 风 速 样 本 、 风 电 机 组 输 出 功率 特 性 函 数 和 风 电 场 风 速 概 率 分 布 函 数 ， 给 出 了 混 合 储 能 系 统 的 整 体 容 量 与 单 一 容 量的 确 定 方 法 引 入 储 能 元 件 的 荷 电 状 态 （ SOC） ， 提 出 了 基 于 超 级 电 容 器 组 SOC 的 混合 储 能 系 统 能 量 分 配 思 想 ， 以 及 基 于 混 合 储 能 系 统 、 蓄 电 池 组 SOC 的 网 侧 变 流 器 能量 调 整 规 则 。

着 重 分 析 了 混 合 储 能 系 统 平 滑 有 功 功 率 输 出 、 能 量 配 比 优 化 的 三 种 控 制策 略 通 过 仿 真 验 证 ， 证 明 了 混 合 储 能 系 统 可 有 效 平 滑 注 入 电 网 的 有 功 功 率 ， 蓄 电 池组 的 充 放 电 次 数 明 显 减 小 分 析 了 混 合 储 能 系 统 在 平 滑 注 入 电 网 的 有 功 功 率 的 同 时 ， 可 间 接 实 现 对 电 网 电 压跌 落 时 低 电 压 工 况 的 支 撑 作 用 ， 并 给 出 了 相 应 的 控 制 结 构 图 选 用 DSP 芯 片 （ TMS320LF2407A） 作 为 核 心 CPU， 设 计 了 基 于 混 合 储 能 的 风 电功 率 调 节 系 统 控 制 电 路 ， 并 设 计 了 相 应 的 脉 冲 输 出 逻 辑 电 路 、 功 率 保 护 电 路 研 究 了系 统 控 制 算 法 并 画 出 程 序 流 程 图 ， 采 用 C 语 言 进 行 了 程 序 编 写 在 理 论 分 析 和 仿 真结 果 的 基 础 上 ， 对 系 统 进 行 了 实 验 验 证 ， 证 明 了 控 制 系 统 的 可 行 性 和 有 效 性 。

关 键 词 ： 风 力 发 电 ； 混 合 储 能 ； 双 向 DC/DC 变 流 器 ； 超 级 电 容 ； DSPI山 东 理 工 大 学 硕 士 学 位 论 文 AbstractAbstractThe intermittency and fluctuation of the wind power will lead to frequent changes ofthe grid flow’s size and direction, and then cause local voltage instability and frequencyfluctuation, and reduce the power quality and the stability of the power grid operation. Inorder to suppress the harm caused by the intermittency and fluctuation of the wind powerto the grid, the wind power need to be controlled, so that it can be smoothly fed into thegrid .Referring to the existing control methods about the wind power, and the structure ofa hybrid energy storage system with a bidirectional DC/DC converter connecting thebatteries and super capacitors is established, and the mathematical model of thebidirectional DC/DC converter and the grid-side converter based on instantaneous reactivepower theory is established, and then the concept of the energy flow control is analyzed.Explore the factors that affect the energy storage capacity of the wind powergeneration system. Based on the existing samples of the wind speed, the wind turbineoutput power characteristic function, and the wind speed probability distribution functionof the wind farm, worked out the method for determining the overall capacity and thesingle capacity of hybrid energy storage system. Proposed the concept of state-of-charge(SOC), and the hybrid energy storage system energy distribution ideas based onsuper-capacitors’ SOC， and the energy adjustment rules of the grid-side converter based onhybrid energy storage system and battery’ SOC. Focus on the analysis of the hybrid energystorage system to smooth active power output and the three control strategies of theproportion optimization of energy. The simulation show that the hybrid energy storagesystem can effectively smooth the active power injected into the grid, and the batterycharge and discharge times significantly reduced.Analyzed the hybrid energy storage system can smooth the active power injected intothe grid, as well as achieve indirectly supporting role to the low-voltage conditions whengrid voltage drops, then give the corresponding control structure diagram.Choose the TMS320LF2407A DSP as the core CPU, and design the control system,logic circuits of the pulse output and the power-protected circuits of the wind hybridenergy storage system. The system control algorithms and the program flowchart areresearched, and the program with C language is given. Relying on the theoretical analysisand the simulation results, experimental verifications to the system are made, and theeffectiveness of the control system is proved。