基于储能风电场功率波动平抑变换器设计.docx

摘要：在大气环境保护和电力能源结构调整的要求下，可再生能源的发展前景广阔，在世界能源生产和消费中所占的比重越来越大。我国总发电量占世界总发电量接近四分之一，风力资源相当丰富，并且风力发电技术在近几年得到长足的发展，它已成为最大和最商业化的新能源生产方法。然而，风力发电不可避免的有波动较大、稳定性较差等缺点，使得其接入电网存在着许多问题。因此，如何稳定电力已成为风电发展的关键。能量存储系统的快速响应特性和功率流的双向性使得可以为风力电网连接提供支持并且快速稳定风力波动。

本文首先基于对以双馈发电机为基础，以双PWM功率变换器为核心，以储能系统为支撑的风储系统进行理论分析，得出系统的数学模型；

其次，在获得的数学模型的基础上，建立了控制策略，建立了MATLAB/Simulink软件的仿真模型。 并根据仿真结论，结合实际的元器件参数搭建出基于双馈发电机的风储系统硬件模型，进行功率平抑。

最后，基于TI的数字信号处理芯片设计了一个控制程序，用于调试整个转换器硬件模型。完成变换器的整体设计，对储能平抑系统进行控制的集成模型的试运行。

关键词：风电并网，平抑控制，混合储能，双PWM功率变换器，数字信号处理

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论-1

1.1-研究背景及意义-1

1.1.1风力发电研究现状-1

1.1.2风力发电发展趋势-2

1.2-本文的主要工作-2

1.2.1风储系统分析与建模-2

1.2.2风储系统的控制策略研究-3

1.2.3变换器硬件设计及功率平抑调试-3

第二章 风功率平抑方案选择与设计-4

2.1平抑方案选择与设计-4

2.1.1风储系统总体方案-4

2.1.2储能平抑风电功率波动的工作原理-5

2.2变换器方案-8

2.2.1双向AC/DC变流器-8

2.2.2双向DC/DC电路-9

2.3本章小结-12

第三章 风力发电以及储能系统的基本理论-13

3.1风力机基础理论-13

3.1.1风能的计算-13

3.1.2风能的贝茨理论-13

3.2双馈发电机的工作原理和电路的等效-15

3.2.1双馈发电机工作原理-15

3.2.2双馈发电机等效电路分析-15

3.3坐标变换-16

3.4双馈发电机的数学模型-17

3.4.1双馈风力发电机三相坐标系的数学模型-17

3.4.2dq坐标系下的双馈风力发电机数学模型-19

3.5双PWM变换器的工作原理及数学模型-20

3.6储能系统的工作原理数学模型-21

3.6.1双向AC/DC电路的工作原理-21

3.6.2双向DC/DC电路的工作原理-22

3.6.3储能并网变流器的数学模型-23

3.7本章小结-24

第四章 变换器控制策略与系统仿真-25

4.1网侧变换器控制策略-25

4.2机侧变换器控制策略-27

4.3储能变换器控制策略-30

4.4基于Simulink的风储系统仿真-32

4.4.1双PWM变换器仿真-32

4.4.2储能系统仿真-35

4.5本章小结-37

第五章 风储系统的硬件设计与调试-39

5.1风储系统硬件结构-39

5.2风储系统硬件设计-40

5.2.1智能功率模块（IPM）介绍及其外围电路-40

5.2.2控制系统芯片以及外围电路-40

5.2.3传感器及其外围电路设计-42

5.3风储系统控制的硬件实现-45

5.3.1定子空载并网控制-45

5.3.2网侧变换器控制-48

5.3.3系统平抑控制-48

5.4本章小结-51

第六章 结论与展望-52

6.1课题结论-52

6.2未来展望-52

参考文献-53

致    谢-55

附录-56