基于儲能的雙模式直驅風力發(fā)電系統(tǒng)并脫網及功率控制.pdf

1、基于儲能的雙模式直驅風力發(fā)電系統(tǒng)有兩種運行模式：獨立運行模式和并網運行模式。由于直驅風力發(fā)電系統(tǒng)的機側變換器與負載側變換器是解耦運行，因此，直驅風力發(fā)電系統(tǒng)并脫網雙模式運行是通過負載側變換器實現(xiàn)。為了最大限度的使風力發(fā)電機組捕獲風能，機側變換器在額定轉速以下采用最大功率點追蹤(maximum power point tracking，MPPT)控制，從而提高機組的發(fā)電效率和增加機組的年發(fā)電量。為了保證全功率變換器的穩(wěn)定運行，必須通過儲能

2、系統(tǒng)為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電壓支撐。針對基于儲能的雙模式直驅風力發(fā)電系統(tǒng)，本文從機側MPPT控制實現(xiàn)、負載側雙模式運行控制和儲能系統(tǒng)功率控制等方面開展了研究，具體研究內容如下：
　　(1)目前，MPPT控制研究重點是有功功率參考值算法的改進，但是對于基于功率信號反饋法(power signal feedback，PSF)的MPPT控制，如何獲取功率反饋信號也是實現(xiàn)MPPT控制的關鍵技術之一。針對基于PSF的MPPT控制，對風能跟蹤性

3、能影響較大的是轉子位置檢測精度、功率反饋信號的誤差和環(huán)路控制器參數性能。首先，通過對電流內環(huán)和功率外環(huán)的控制器參數的設計，保證系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)性能。其次，對于基于PSF的MPPT控制，采用基于機側虛擬功率反饋信號的MPPT實現(xiàn)方法，可以提高系統(tǒng)運行的可靠性和性能，同時減小系統(tǒng)的硬件成本和維護成本。最后，針對基于反電動勢滑模觀測器的轉子位置估算方法，提出了一種基于自適應滑模觀測器的無位置傳感器控制方法。該方法從兩方面進行改進，一方面引

4、入自適應廣義二階積分器代替常用的低通濾波器，使得相位誤差快速收斂于零，提高了系統(tǒng)的跟蹤性能。另一方面，引入sigmoid函數，綜合考慮系統(tǒng)的快速性和抗抖振性。
　　(2)隨著中點箝位型三電平變換器被廣泛應用到直驅風力發(fā)電系統(tǒng)，能否保證直流母線中點電位(neutral-point potential，NPP)平衡對系統(tǒng)有至關重要的影響。以網側NPC三電平變換器為研究對象，提出了一種基于零序電壓疊加的中點電位控制方法，即將均壓環(huán)輸出的

5、零序電壓疊加到調制電壓上，并采用一種基于最大開環(huán)剪切頻率設計控制器參數的方法。該中點電位控制方法的系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：計算方法簡單，有效抑制NPP交直流波動，正負直流母線電壓動態(tài)響應快，直流電壓利用率高。
　　(3)基于儲能的雙模式直驅風力發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)獨立運行和并網運行的關鍵是電力電子接口逆變器。針對雙模式逆變器，本文提出了一種基于改進下垂控制的并脫網運行統(tǒng)一控制策略，獨立運行時可保證逆變器的工作頻率固定為額定頻率，同時減少了線路阻

6、抗對逆變器無功控制性能的影響，并網運行時可保證逆變器輸出有功和無功功率均處于可控狀態(tài)，且不受電網頻率波動的影響。其次，實現(xiàn)逆變器并脫網平滑切換的關鍵是公共耦合點電壓與電網電壓的同步。并網同步包含頻率同步、相位同步和幅值同步，對于采用傳統(tǒng)下垂控制的雙模式逆變器，如何實現(xiàn)頻率和相位的同時同步是主動同步控制的難點。針對該問題，本文提出了一種基于頻率恢復控制的主動同步控制方法，使逆變器獨立運行時工作頻率固定為額定頻率，從而可以只通過相位偏差的調

7、節(jié)實現(xiàn)頻率和相位的同時控制。該同步控制方法簡單，同時避免了采用V/f-PQ控制時運行模式切換容易引起系統(tǒng)震蕩的問題，即該方法綜合了V/f-PQ控制和傳統(tǒng)下垂控制的優(yōu)點，為實現(xiàn)直驅風力發(fā)電雙模式運行和平滑切換奠定了基礎。
　　(4)為了保證雙模式直驅風力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)功率平衡，必須配備能量密度大的儲能系統(tǒng)。為了保證系統(tǒng)動態(tài)性能，必須配備功率密度大的儲能系統(tǒng)。為了優(yōu)化儲能系統(tǒng)的綜合性能，本文采用蓄電池-超級電容器混合儲能系統(tǒng)。針對基于

8、混合儲能系統(tǒng)的雙模式直驅風力發(fā)電系統(tǒng)的運行特點，本文研究了一種可行的綜合控制策略，在保證系統(tǒng)獨立并網運行時功率平衡的同時，平滑了輸出功率并有效地抑制直流電壓的波動。風速的不確定性和獨立運行時逆變器負載突變，都會引起差值功率pdev的突變，從而導致直流電壓的波動，因此，要求儲能系統(tǒng)具有良好的抗擾性能。本文通過建立混合儲能系統(tǒng)的控制模型，詳細分析了直流電壓外環(huán)的剪切頻率fcv和高通濾波器截止頻率ω0對混合儲能系統(tǒng)抗擾性能指標和超級電容容量的