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飞轮电池在独立运行式风力发电系统中的应用研究

作　者: 李勇
导　师: 王兴贵
学　校: 兰州理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 飞轮电池风力发电直流母线电压电能质量
分类号: TM919
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

飞轮电池因其储能密度高，瞬时功率大、充电时间短、能量转换效率高和使用寿命长等优点，用于储能装置时，相对于蓄电池具有明显的优势。本文对飞轮电池在独立运行式风力发电系统中的应用进行了研究，把飞轮电池并联在风电系统的直流母线上，通过对飞轮电池充放电的控制使直流母线电压始终稳定在给定值附近，有效地提高了风能的利用效率和系统的电能质量。本文首先详细分析了飞轮储能系统的等效d-q模型电路，并在此基础上简化了飞轮储能系统的等效d-q模型；其次给出了飞轮储能系统充电和放电过程的控制策略，其中在飞轮电池充电控制过程中，采用了基于转子磁场定向的矢量控制策略；放电控制过程中，采用了以直流母线电压为控制对象的控制策略。另外在飞轮电池放电控制的策略中采用了功率平衡的原则。在理论分析的基础上，搭建了以dsPIC30F3011为核心控制器的飞轮电池充放电控制系统的硬件电路，同时对充电和放电控制系统硬件电路的原理做了详细介绍并给出了软件设计的流程图，然后在MATLAB／Simulink平台上分别搭建了飞轮电池充放电控制系统和离网型风力发电系统的仿真模型，分别对风电系统在风速突然增大或者减小时系统在加入飞轮电池和不加入飞轮电池两种情况下进行了仿真研究。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-9
第1章绪论  9-14
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 课题的意义  10-12
  1.3 国内外研究现状  12-13
  1.4 本论文的主要内容  13-14
第2章风电系统组成和飞轮电池的模型分析  14-23
  2.1 概述  14-15
  2.2 飞轮电池在同步坐标系下的模型  15-22
    2.2.1 直流母线的模型  15-16
    2.2.2 永磁同步电机的 d-q 模型  16-19
    2.2.3 PWM 双向逆变器的 d-q 模型  19-20
    2.2.4 飞轮的等效模型  20-21
    2.2.5 飞轮储能系统 d-q 模型的简化  21-22
  2.3 本章小结  22-23
第3章飞轮储能系统的控制策略研究  23-32
  3.1 转子磁链定向矢量控制的原理  23-24
  3.2 飞轮储能系统充电的控制策略  24-26
  3.3 飞轮储能系统放电的控制策略  26-27
  3.4 SVPWM 的原理及算法实现  27-31
  3.5 本章小结  31-32
第4章矢量控制系统的实现  32-46
  4.1 系统主电路设计  32-34
  4.2 系统控制电路设计  34-41
    4.2.1 控制器的选择  34-35
    4.2.2 控制系统结构  35-36
    4.2.3 检测电路  36-39
    4.2.4 控制电源  39-40
    4.2.5 驱动和保护电路设计  40-41
  4.3 系统软件的设计  41-45
    4.3.1 软件设计方法的选择  41-42
    4.3.2 系统的软件流程图  42-45
  4.4 本章小结  45-46
第5章系统仿真分析  46-53
  5.1 直驱式风力发电系统的建模与仿真  46-47
  5.2 飞轮电池充电控制系统的仿真  47-49
  5.3 飞轮电池放电控制系统的仿真  49-52
  5.4 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-58
致谢  58-59
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  59

飞轮电池在独立运行式风力发电系统中的应用研究

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