储能型直驱风力发电机的同步逆变器并网控制

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近年来,能源与环境问题日益突出,可再生清洁能源的开发利用受到了人们的普遍关注,其中风力发电清洁无污染,发展迅猛,然而风力发电的输出功率受随机变化的风速而波动,给风电并网带来诸多不利影响,成为制约风电发展的瓶颈之一。本文针对风电系统输出功率波动性和间歇性,以永磁直驱风力发电系统为研究对象,研究利用储能技术提高风电并网稳定性,以实现柔性并网。主要内容如下:  首先介绍了风力发电的研究背景和发展技术现状,指出了大规模风电并网存在的问题。根据坐标变换建立了永磁同步电机在同步旋转坐标系下的数学模型,对发电机采用零d轴电流矢量控制策略,具体形式为转速外环、电流内环双闭环控制,实现了对发电机输出的有功功率、转矩脉动以及机组风能利用率的控制,分析了网侧PWM变流器的数学模型,采用电网电压定向的矢量控制实现了网侧逆变器有功、无功的解耦控制;仿真验证了模型的正确性及控制策略的可行性。  其次介绍了现有的储能技术,根据风电对储能的技术要求与全钒液流电池的特点,选择全钒液流电池作为风电机组的储能系统,通过对钒液流电池原理的分析,以交流阻抗模型参数搭建了PSCAD仿真模型,并通过仿真验证了钒液流电池的充放电特性。  通过在风电机组交流侧配置储能电池,提出一种对储能系统逆变器采取同步发电机模型的控制策略,将风电机组、储能电池及其逆变器组成的系统等效为同步发电机,对大电网体现同步发电机特性。设计了模拟同步发电机控制思想的功频控制器及无功电压控制器。  最后采用PSCAD/EMTDC软件搭建了系统仿真模型,仿真验证了配置钒电池储能的风力发电系统,通过对储能逆变器采取同步发电机算法,可以实现功率平抑、能自动调节输出功率,维持系统频率与电压的稳定,具有同步发电机的一些特性,可以实现友好并网。
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