【正文】 wind turbine”是子程序仿真模塊，分別是圖 風(fēng)速仿真模型和圖 風(fēng)力機(jī)輸出功率仿真模型；示波器 1 顯示的是經(jīng)儲(chǔ)能元件東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 33 平抑后的輸出功率的波形，示波器 2 表示電容器在平抑功率波動(dòng)過程中吞吐的功率；在這里，我們?nèi)r(shí)間常數(shù) ? 的值分別為 和 ，仿真時(shí)間為 12s。 分析了風(fēng)電功率波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響，給出了大型并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波動(dòng)平抑目標(biāo)和策略，結(jié)合仿真圖像分析了超級(jí)電容器儲(chǔ)能對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)平抑效果和儲(chǔ)能容量的關(guān)系，最后結(jié)合本文模擬的風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型，給出了一個(gè)超級(jí)電容器儲(chǔ)能的最佳時(shí)間常數(shù)，并通過仿真驗(yàn)證了該方法的可行性。用該模型風(fēng)機(jī)對(duì) 所模擬的風(fēng)速進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖 所示。 直流升壓斬波電路仿真模型如圖 所示，直流電源電壓為 100V，負(fù)載為東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 27 帶有電容濾波的電阻負(fù)載，電阻為 25? ，濾波電容為 100 F? ，開關(guān)管采用 IGBT為模型，驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率為 1000Hz，占空比為 70%。 Simulink 建模仿真的主要步驟包括： （ 1）首先將一個(gè)空白的 Simulink 預(yù)設(shè)窗口打開。 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 第 5 章 超級(jí)電容器在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用仿真 仿真內(nèi)容概述 本章將在前面章節(jié)介紹的基礎(chǔ)上對(duì)算例進(jìn)行仿真分析，主要根據(jù)第三章介紹的 buck/boost 雙向直流電路建立仿真模型，分別分析 buck/boost 雙向直流電路工作在 boost 升壓狀態(tài)和 buck 降壓狀態(tài)時(shí)的等效電路，并建立相應(yīng)的仿真模型觀察其在兩種工作狀態(tài)時(shí)的電壓電流的變化；根據(jù)第二章介紹的雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理及功率曲線，建立風(fēng)速模型和風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型，模擬其輸出 功率；根據(jù)第四章介紹的超級(jí)電容器的模型，對(duì)超級(jí)電容器接入風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行仿真，并根據(jù)該案例的仿真圖像對(duì)超級(jí)電容器的容量參數(shù)進(jìn)行分析。 超級(jí)電容器模型及平抑方法 超級(jí)電容器是根據(jù)電化學(xué)雙電層理論研制而成的一種具有超級(jí)儲(chǔ)電能力的理想二次電源，可提供強(qiáng)大的脈沖功率，近年來引起了國內(nèi)外專家的廣泛關(guān)注。 當(dāng) IGBT 的控制信號(hào)發(fā)生后，繼續(xù)載入下一時(shí)刻實(shí)際輸出功率的值，并判斷該輸出功率的時(shí)間是否仍在上一功率參考值 refP 的區(qū)間內(nèi)。 分布式儲(chǔ)能方式 目前主流的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)和直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在兩側(cè)變流器之間都含有直流環(huán)節(jié)，因此可以將超級(jí)電容器通過雙向直流變換器連接在直流母線上。因此總體考慮能夠滿足風(fēng)電場(chǎng)需求，而且不受環(huán)境因素制約，能夠靈活方便的安裝調(diào)試。如果采取限制 風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)比重的方式將會(huì)極大的減小風(fēng)能的利用率，阻礙風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。它可以為電網(wǎng)提供電壓支撐、頻率調(diào)節(jié)、功率平衡、穩(wěn)定電網(wǎng)系統(tǒng)等作用。但是抽水蓄能電站的建設(shè)必須依賴必要的地理?xiàng)l件，不是所有地區(qū)都適合建設(shè)，而且初期投資成本較高 ,建設(shè)周期較長(zhǎng)，這些因素都影響著抽水蓄能的應(yīng)用。 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率輸出曲線 風(fēng)輪機(jī)是用來捕獲空氣流動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能，并將其轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的設(shè)備，其形式有多種，根據(jù)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸在空間的方向不同，分為水平軸風(fēng)機(jī)和垂直軸風(fēng)機(jī)兩大類。通過槳距控制可以減少風(fēng)速突然變化時(shí)風(fēng)力機(jī)葉片吸收的風(fēng)能。 3. 根據(jù)超級(jí)電容器儲(chǔ)能的原理建立超級(jí)電容器模型，并提出一種決定超級(jí)電容器工作在充電狀態(tài)還是放電狀態(tài)的控制策略。隨著電力電子技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)越來越多的應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各個(gè)方面。 The control strategy 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 III 目 錄 摘 要 ............................................................. I Abstract ......................................................... II 第 1 章 緒 論 ..................................................... 1 課題背景及意義 ............................................................................................. 1 課題研究現(xiàn)狀 .................................................. 2 利用儲(chǔ)能系統(tǒng)增強(qiáng)風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)定性 ....................................................... 2 利用儲(chǔ)能 系統(tǒng)提高電能質(zhì)量 ...................................................................... 3 本文的研究?jī)?nèi)容 ................................................ 3 第 2 章 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)和儲(chǔ)能系統(tǒng) ................................... 5 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本運(yùn)行方式 ..................................... 5 變速恒頻發(fā)電技術(shù) ..................................................................................... 6 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理及其特點(diǎn) .......................................................... 6 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率輸出曲線 ................................................................. 7 儲(chǔ)能系統(tǒng) ....................................................... 8 儲(chǔ)能技術(shù)簡(jiǎn)介 ............................................................................................. 8 儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用 ....................................................................... 11 適用于風(fēng)力發(fā)電儲(chǔ)能的技術(shù)及特點(diǎn) ....................................................... 12 本章小結(jié) ...................................................... 12 第 3 章 風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)配置方式 .................................... 14 配置方式分類 .................................................. 14 分布式儲(chǔ)能方式 ................................................ 15 雙向直流變換器控制模型 ....................................................................... 15 雙向直流變換器平均功率控制策略 ....................................................... 17 第 4 章 超級(jí)電容器儲(chǔ)能原理及建模 .................................. 19 風(fēng)力機(jī)建模 .................................................... 19 風(fēng)速數(shù)學(xué)模型 ........................................................................................... 19 超級(jí)電容器平抑功率波動(dòng)模型 .................................... 20 風(fēng)電功率波動(dòng)平抑目標(biāo) ........................................................................... 20 超級(jí)電容器模型及平抑方法 ................................................................... 20 本章小結(jié) ...................................................... 22 第 5 章 超級(jí)電容器在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用仿真 .......................... 24 仿真內(nèi)容概述 .................................................. 24 Matlab 仿真軟件的概述 ......................................... 24 Matlab 及 Simulink 的仿真基礎(chǔ) ............................................................ 25 Simulink 在電力系統(tǒng)的建模與仿真應(yīng)用 .............................................. 26 雙向直流變換器的 simulink 仿真 ................................. 26 boost 升壓電路仿真分析 ........................................................................ 26 buck 降壓電路仿真分析 .......................................................................... 28 風(fēng)速模型仿真 .................................................. 30 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 IV 風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率模型仿真 .................................... 31 超級(jí)電容器平抑功率波動(dòng)仿真 .................................... 32 結(jié) 論 ............................................................ 36 參 考 文 獻(xiàn) ....................................................... 37 致 謝 ............................................................ 40 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 第 1 章 緒 論 課題背景及意義 可再生能源，顧名思義，指的是與化石能源相對(duì)應(yīng)、能夠永續(xù)利用的能源，如核能、太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮?、潮汐能等? 首先，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率特性和儲(chǔ)能技術(shù)特點(diǎn)，選出采用超級(jí)電容器儲(chǔ)能，繼而提出一種以平均功率為參考的雙向變流器控制策略。特別的，當(dāng)大型并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)超過電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻能力范圍時(shí)，將嚴(yán)重威脅到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。 利用儲(chǔ)能系統(tǒng)提高電能質(zhì)量 風(fēng)電并網(wǎng)后對(duì)電能質(zhì)量的影響主要表現(xiàn)在電壓波動(dòng)、電壓暫降以及波形畸變等方面。更重要的是，即使系統(tǒng)可以安全穩(wěn)定的運(yùn)行，也無法獲取最大的風(fēng)能，整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率較低 由于恒速恒頻系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能的捕獲控制，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理及其特點(diǎn) 圖 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 圖 給出了雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。 儲(chǔ)能系統(tǒng) 儲(chǔ)能技術(shù)簡(jiǎn)介 目前主要的儲(chǔ)能方式有物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能和相變儲(chǔ)。飛輪的功率密度和能量密度可以滿足 MW 級(jí)功率輸出數(shù)小時(shí)，因此可以用于電網(wǎng)調(diào)峰、功率平滑、頻率控制、不間斷電源等用途，值得稱道的是它的轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到90%以上 [18]，循環(huán)壽命長(zhǎng)、無污染、維護(hù)簡(jiǎn)單、配置方案靈活易行。雖然電池的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，但是傳統(tǒng)電池的性能和壽命還是有待于進(jìn)一步的研究改善。 利用儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化風(fēng)電運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。 圖 分布儲(chǔ)能配置方式 圖 集中儲(chǔ)能配置方式 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 方式（ 1）是在原有的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵(lì)磁背靠背變流器的直流環(huán)節(jié)加入儲(chǔ)能系統(tǒng)。 圖 boost 升壓電路拓補(bǔ) 在 boost 升壓模式下， g2 在導(dǎo)通時(shí)，電源 E 向電感 L 充電， 00?i ，電容 dcC給 R 供電， 0U 電壓下降；當(dāng) g2 關(guān)斷時(shí)， 10 ii ? ， L 對(duì) dcC 充電， 0U 電壓上升。 wgV 為陣風(fēng)，描述風(fēng)速躍升或驟降的特性。這與信號(hào)處理中的濾波原理類似，低通濾波器通過對(duì)輸入信號(hào)的幅值進(jìn)行加減處理，使輸出信號(hào)變的更加平滑，而儲(chǔ)能