風力發(fā)電中的九開關變換器和儲能技術

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 國內外主流風電改善運行特性與功率調節(jié)研究狀況 2
1.1.1 國外DFIG式風電改善運行特性與功率調節(jié)研究狀況 2
1.1.2 國外PMSG式風電改善運行特性與功率調節(jié)研究狀況 5
1.1.3 國內DFIG式風電改善運行特性與功率調節(jié)研究狀況 7
1.1.4 國內PMSG式風電改善運行特性與功率調節(jié)研究狀況 9
1.2 九開關變換器技術的發(fā)展狀況 10
1.3 儲能技術在風力發(fā)電中的應用 11
1.3.1 鋰離子電池儲能 12
1.3.2 液流電池儲能 13
1.3.3 超級電容儲能 15
第2章 主流風力發(fā)電機數(shù)學模型 17
2.1 雙饋電機的數(shù)學模型 17
2.1.1 雙饋電機在兩相同步旋轉坐標系下按電動機慣例的數(shù)學模型 19
2.1.2 雙饋電機在兩相同步旋轉坐標系下按發(fā)電機慣例的數(shù)學模型 21
2.1.3 雙饋電機的標幺值方程 22
2.2 永磁同步電機的基本方程 25
2.2.1 永磁同步電機在兩相同步旋轉坐標系下按電動機慣例的數(shù)學模型 26
2.2.2 永磁同步電機在兩相同步旋轉坐標系下按發(fā)電機慣例的數(shù)學模型 29
2.2.3 永磁同步電機的標幺值方程 30
第3章 面向風電系統(tǒng)的NSC原理與控制 38
3.1 九開關變換器電路拓撲和驅動邏輯 38
3.2 九開關變換器的數(shù)學模型 41
3.3 九開關變換器的控制策略 42
3.4 九開關變換器的動態(tài)調制策略 44
3.5 三次諧波注入法調制原理與仿真分析 46
3.5.1 三次諧波注入法調制原理 46
3.5.2 三次諧波注入法仿真分析 47
3.6 SVPWM原理與仿真分析 50
3.6.1 SVPWM原理 50
3.6.2 SVPWM仿真分析 51
第4章 網側NSC提升DFIG運行與控制能力 53
4.1 傳統(tǒng)雙饋風電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)控制 53
4.1.1 網側變換器矢量控制 53
4.1.2 轉子側變換器矢量控制 58
4.2 網側九開關變換器控制目標與方案 62
4.2.1 網側九開關變換器電壓補償側控制策略 63
4.2.2 網側九開關變換器并網側控制策略 64
4.2.3 網側九開關變換器控制策略 65
4.2.4 網側九開關變換器直流母線電壓的分配 65
4.2.5 網側九開關變換器調制方式的選取 68
4.3 DFIG風電系統(tǒng)正常/故障運行特性仿真分析 68
4.4 多種故障工況下故障穿越仿真分析 70
4.4.1 電壓對稱、不對稱跌落30%工況下低電壓穿越仿真結果 71
4.4.2 電壓對稱跌落80%工況下低電壓穿越仿真結果 71
4.4.3 電壓不對稱跌落80%工況下低電壓穿越仿真結果 71
4.4.4 電壓對稱升高30%工況下高電壓穿越仿真結果 76
第5章 NSC實現(xiàn)UPQC功能提升DFIG運行與控制能力 79
5.1 九開關型UPQC與DFIG一體化拓撲結構 79
5.2 九開關型UPQC建模與控制 80
5.2.1 UPQC電壓補償側建模與控制 82
5.2.2 UPQC電流補償側建模與控制 84
5.3 工作模式設計 86
5.4 動態(tài)調制比限幅設計 88
5.5 多種電壓工況下仿真驗證 90
5.5.1 NSC補償電壓、電流含有諧波工況 91
5.5.2 NSC補償輕度電壓故障工況仿真分析 94
5.5.3 NSC補償重度電壓跌落工況仿真分析 96
第6章 網側NSC提升PMSG運行與控制能力 99
6.1 傳統(tǒng)永磁同步直驅風電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)控制 99
6.1.1 網側變換器矢量控制 100
6.1.2 機側變換器矢量控制 100
6.2 網側NSC控制方法 101
6.3 網側NSC直流母線電壓分配與控制方法 103
6.4 PMSG風電系統(tǒng)正常/故障運行特性仿真分析 104
6.4.1 PMSG風電系統(tǒng)正常運行特性仿真分析 104
6.4.2 PMSG風電系統(tǒng)故障運行特性仿真分析 106
6.5 多種故障工況下故障穿越仿真分析 108
6.5.1 電壓對稱跌落80%工況下低電壓穿越仿真結果 108
6.5.2 電壓畸變且不對稱跌落80%工況下低電壓穿越仿真結果 110
6.5.3 電壓對稱升高30%工況下高電壓穿越仿真結果 112
第7章 NSC取代PMSG全功率變流器研究 115
7.1 永磁同步風電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制 115
7.1.1 機側變換器數(shù)學模型 115
7.1.2 機側變換器控制策略 117
7.1.3 網側變換器數(shù)學模型 119
7.1.4 網側變換器控制策略 121
7.2 九開關型永磁同步風電系統(tǒng)電路拓撲 122
7.3 九開關型永磁同步風電系統(tǒng)控制策略 123
7.4 不同運行工況仿真分析 123
第8章 NSC實現(xiàn)UPQC功能提升PMSG運行與控制能力 128
8.1 NSC與PMSG一體化拓撲結構 128
8.2 無附加措施下永磁同步直驅式風電系統(tǒng)的運行特性 128
8.3 采用直流卸荷電路時永磁同步直驅式風電系統(tǒng)故障穿越運行特性 131
8.4 九開關型UPQC治理永磁同步直驅式風電系統(tǒng)電能質量仿真驗證 133
8.4.1 治理直驅風機側嚴重電流諧波問題 133
8.4.2 綜合治理永磁同步直驅式風電系統(tǒng)多種電能質量問題 135
8.4.3 提升直驅風電系統(tǒng)故障穿越運行能力研究 137
第9章 NSC改善混合分散式風電運行與控制 144
9.1 九開關型UPQC與雙饋-直驅混合風電一體化系統(tǒng) 144
9.2 九開關型UPQC控制策略設計及優(yōu)化 144
9.2.1 九開關型UPQC整體控制策略 144
9.2.2 九開關型UPQC調制優(yōu)化 146
9.2.3 九開關型UPQC動態(tài)調制比分配 148
9.3 多種故障工況下雙饋-直驅混合風電一體化系統(tǒng)的運行特性 149
9.4 九開關型UPQC改善雙饋-直驅混合風電電能質量仿真 152
9.4.1 綜合治理電壓、電流諧波工況仿真 152
9.4.2 電壓輕度對稱跌落、驟升工況仿真 154
9.4.3 電壓嚴重不對稱跌落工況仿真 156
9.4.4 電壓嚴重對稱跌落工況仿真 158
第10章 九開關變換器物理試驗與硬件在環(huán)測試 161
10.1 試驗場景設計 161
10.2 電路設計 163
10.2.1 整體電路設計 163
10.2.2 驅動電路設計 165
10.3 控制邏輯設計 167
10.4 小功率試驗運行波形 169
10.5 硬件在環(huán)平臺在線運行場景設計 172
10.6 硬件在環(huán)平臺在線運行波形 173
10.6.1 諧波電壓工況運行驗證 173
10.6.2 嚴重不對稱電壓跌落工況運行驗證 175
10.6.3 嚴重對稱電壓跌落工況運行驗證 177
第11章 大型風儲聯(lián)合運行提升風電消納能力 180
11.1 風儲一體化聯(lián)合運行系統(tǒng)分析 180
11.1.1 百兆瓦級風儲一體化聯(lián)合運行系統(tǒng) 180
11.1.2 緩解風電功率波動的數(shù)學模型 180
11.2 馬爾可夫預測和粒子群優(yōu)化算法 183
11.2.1 馬爾可夫預測模型的建立 183
11.2.2 粒子群優(yōu)化算法用于風儲混合系統(tǒng)的優(yōu)化過程 185
11.3 不同場景模擬仿真分析 187
11.3.1 春季典型日場景模擬仿真 188
11.3.2 秋季典型日場景模擬仿真 194
第12章 分散式風氫耦合與區(qū)域共享儲能系統(tǒng) 199
12.1 風氫耦合系統(tǒng)的區(qū)域共享結構 199
12.2 上層區(qū)域共享儲能優(yōu)化配置模型 200
12.2.1 上層模型目標函數(shù) 201
12.2.2 上層模型約束條件 202
12.3 下層風氫耦合系統(tǒng)優(yōu)化運行模型 203
12.3.1 設備模型 203
12.3.2 下層模型目標函數(shù) 204
12.3.3 下層模型約束條件 205
12.4 模型轉換過程 206
12.4.1 下層模型拉格朗日函數(shù) 206
12.4.2 KKT條件轉換 207
12.4.3 模型線性化與求解 208
12.5 仿真結果分析 209
12.5.1 上層區(qū)域共享儲能容量優(yōu)化配置結果 211
12.5.2 下層風氫耦合系統(tǒng)優(yōu)化運行結果 212
參考文獻 217