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基于三电平变换器的风光储互补发电技术研究

作　者: 邢月红
导　师: 屈克庆
学　校: 上海电力学院
专　业: 电气工程及其自动化
关键词: 风光互补发电蓄电池 SVPWM 三电平逆变器爬山法
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着一次能源的耗尽和环境问题的日益凸显,光伏发电和风力发电成为最有发展前景的新型清洁能源,以这两种电源为代表的各种新能源互补发电技术成为目前各国研究的热点。风能和太阳能在时间分布上具有互补性,建立风光互补并网发电系统能弥补风能和太阳能独立发电的缺点。在此基础上,加上合理的储能装置,更能提高两者的利用效率,使资源得到更加充分的利用。因此研究风光储互补发电技术具有重要的意义。首先,根据光伏电池和直驱式风力发电机的数学模型,建立了通用的光伏电池模型和风力机模型。在旋转坐标系下,对直驱式风力发电机的数学模型进行了研究。建立了蓄电池工作特性模型。仿真结果表明所建立的模型具有通用性,能很好的反应各电源的输出特性,为后续工作做了准备。其次,探索了一种风光储互补发电的能量协调控制方案。提出一种基于矢量控制的爬山法直驱式风机最大功率跟踪算法,搭建了模型,并验证了该算法的可行性。光伏发电采用导纳增量法实现最大功率跟踪。设计了一种具有电流双向流动功能的储能控制电路,并采用大电流快速充电法给蓄电池充电。对协调控制方案进行了仿真,结果表明,风力机和光伏电池分别实现了最大功率点跟踪,蓄电池完成了充放电,系统根据负载的变化协调控制风光储的输出。然后,在逆变环节采用中点钳位型三电平逆变器,分别对其采用三角载波层叠法和空间矢量法进行控制。仿真结果表明空间矢量法控制简单,谐波含量少。最后,在SVPWM控制算法的基础上,采用dq解耦原理设计了风光互补发电系统的并网模型。电流电压环分别采用典型Ⅰ型和典型Ⅱ型系统设计PI控制参数。仿真结果表明,设计的控制器可以实现并网电流谐波含量少,与电网电压同频同相。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
1 绪论  10-17
  1.1 引言  10
  1.2 风光互补发电技术研究现状  10-12
    1.2.1 国外风光互补技术研究现状  10-11
    1.2.2 国内风光互补技术研究现状  11
    1.2.3 风光互补发电系统进一步发展需要解决的问题  11-12
  1.3 风光互补发电系统简介  12-15
    1.3.1 直驱式风力发电机组  13-14
    1.3.2 太阳能光伏发电系统  14-15
    1.3.3 储能装置  15
    1.3.4 控制系统  15
  1.4 论文主要研究内容  15-17
2 风光储互补发电系统工作原理  17-29
  2.1 系统构成  17
  2.2 光伏系统建模与仿真  17-22
    2.2.1 光伏电池原理  17-20
    2.2.2 光伏电池模型及仿真研究  20-22
  2.3 直驱式风力发电系统建模与仿真  22-26
    2.3.1 风力机原理  22-23
    2.3.2 风力机建模与仿真  23-24
    2.3.3 直驱式永磁同步机的数学模型  24-26
  2.4 储能电池建模与仿真  26-28
    2.4.1 储能电池工作特性  26-27
    2.4.2 储能电池模型及仿真  27-28
  2.5 本章小结  28-29
3 风光储互补发电系统控制策略  29-41
  3.1 光伏发电最大功率点跟踪  29-32
    3.1.1 电导增量法控制原理及算法  29-30
    3.1.2 仿真结果及分析  30-32
  3.2 直驱式风力发电机最大功率点跟踪  32-34
    3.2.1 基于空间矢量法的MPPT控制原理及算法  32-34
    3.2.3 仿真结果及分析  34
  3.3 能量协调控制  34-37
    3.3.1 光伏发电系统充电拓扑结构  34-35
    3.3.2 力发电系统充电拓扑结构  35
    3.3.3 储能蓄电池充电拓扑结构  35-36
    3.3.4 能量协调控制策略  36-37
  3.4 系统仿真与结果分析  37-40
  3.5 本章小结  40-41
4 三电平逆变器拓扑结构及控制策略  41-52
  4.1 三电平逆变电路  41-42
    4.1.1 工作原理  41-42
  4.2 三电平逆变器控制方法  42-47
    4.2.1 三角载波层叠法控制  42-43
    4.2.2 SVPWM控制  43-47
  4.3 仿真结果及分析  47-51
    4.3.1 三角载波层叠法仿真分析  47-49
    4.3.2 SVPWM控制算法仿真分析  49-51
  4.4 本章小结  51-52
5 并网控制技术  52-62
  5.1 并网逆变器数学模型  52-54
  5.2 三电平逆变器并网控制方法的实现  54-58
    5.2.1 电流内环控制设计  54-57
    5.2.2 电压外环控制设计  57-58
  5.3 仿真结果及分析  58-61
  5.4 本章小结  61-62
6 总结与展望  62-64
  6.1 总结  62
  6.2 展望  62-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
研究生期间发表论文及科研情况  68

基于三电平变换器的风光储互补发电技术研究

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