風力發電系統的飛輪儲能技術研究.pdf

1、飛輪儲能(FES)作為一種新型的儲能方式，具有能量密度高、充放電迅速、效率高、壽命長和無污染的優點，具有廣泛的應用前景。特別適用于解決風能的隨機性、波動性問題，實現風力發電系統(WEGS)電能的平滑輸出，使大規模風電可以安全可靠地接入常規電網。對FES單元的數學模型、充放電控制進行深入研究具有重要的理論意義和工程應用價值。
　　本文針對FES在WEGS中的應用，研制了一臺FES單元樣機，對其充電過程和放電過程的調制方法分別進行優化

2、，并分別設計了基于小信號模型的PID控制器和基于徑向基函數(RBF)神經網絡的智能控制器。構建了MATLAB仿真系統和實驗平臺對理論分析進行驗證，為FES技術的發展和工程應用提供理論基礎和技術支持。論文主要研究內容和取得的成果如下:
　　系統地介紹了課題的研究背景和意義，全面分析了國內外FES技術的研究現狀。詳細地闡述了現有的幾種電機驅動FES單元的控制策略和控制技術，重點總結了永磁無刷直流電機(BLDCM)驅動FES單元的拓撲電

3、路及控制方法。
　　確立了直驅式WEGS采用背靠背式的主電路拓撲結構，將FES單元并聯至直流母線上。對風速、風力機、發電機、并網側和FES單元分別建立了數學模型，采用Buck電路控制直流電機(DCM)的電樞電流從而模擬風力機的轉速-轉矩特性。
　　設計并制作了一套基于機械軸承的、采用BLDCM驅動的FES單元，對其在10，000 r/min轉速以內的損耗進行了測量，分離了電損、風損和軸承損耗三種主要損耗。對處于不同待機轉速的

4、FES單元以恒功率放電方式轉化為電能的有效能量和經歷不同待機時間的能量利用系數進行了計算分析。
　　分析了不同調制方式對FES單元直流側電流和相電流的影響，分別選擇PWM_ ON_ PWM調制方式和PWM_ON調制方式進行充放電。建立了FES單元能量回饋時的平均值模型，分析了多個物理量對直流母線電壓的影響。采用MATLAB/Simulink對FES單元的充放電過程分別進行了仿真驗證。
　　對發電機側變流器進行轉速-電流雙閉環

5、控制以實現發電機的最大風能跟蹤(MPPT)運行，對電網側變流器的電流環進行比例復數積分(PCI)控制。對FES單元建立了小信號模型，設計了含慣性環節的PID控制器。為獲得適用范圍更廣的控制器，構建了基于RBF神經網絡的智能控制器。采用MATLAB/Simulink對這兩種控制器的效果分別進行了仿真驗證。
　　搭建了FES技術應用于WEGS的實驗系統平臺。采用雙DSP和雙口RAM為核心處理單元構建數字控制系統，采用模塊化結構編寫控制