直驅(qū)永磁風(fēng)電-燃料電池混合系統(tǒng)建模及功率平滑控制.pdf

1、全球正面臨著能源危機(jī)、環(huán)境污染和氣候變化的壓力，應(yīng)用新能源發(fā)電隨之成為電力工業(yè)發(fā)展的時(shí)代課題。本文選擇風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中最具有發(fā)展前景的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)DDPGWPS(Direct Drive Permanent Magnet Wind Power System)和燃料電池中最具有商業(yè)前景的固體氧化物燃料電池SOFC(Solid Oxide FuelCell)作為研究對(duì)象。構(gòu)建了DDPGWPS與SOFC混合發(fā)電系統(tǒng)，提出了全風(fēng)況下按給定

2、功率輸出的控制策略，研究了利用SOFC平滑DDPGWPS在全風(fēng)況下按給定功率輸出的功率波動(dòng)并給出了仿真波形，最后，構(gòu)建了孤島中風(fēng)-氫混合發(fā)電系統(tǒng)并進(jìn)行了功率控制的比較研究。整個(gè)研究工作為未來(lái)分布式發(fā)電系統(tǒng)中新能源的功率控制提供了理論參考。
　　 首先，基于二質(zhì)量塊-軸數(shù)學(xué)模型構(gòu)建了一個(gè)包含風(fēng)速模型、功率轉(zhuǎn)換模型、傳動(dòng)鏈模型等三個(gè)部分的10MW變速直驅(qū)型風(fēng)渦輪機(jī)組的標(biāo)么值MATLAB動(dòng)態(tài)模型。作為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原動(dòng)力模型，該模型有

3、助于進(jìn)一步仿真研究變速DDPGWPS的功率特性和并網(wǎng)發(fā)電控制技術(shù)。
　　 建立了直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)DDPMWG(Direct Drive Permanent Magnet WindGenerator)的電氣數(shù)學(xué)模型和空間狀態(tài)d-q控制模型，仿真確定了一個(gè)10兆瓦DDPMWG的電氣參數(shù)。在恒定風(fēng)速下，研究了用BOOST-CHOPPER電路控制永磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出功率的控制原理及控制參數(shù)的整定。構(gòu)建了使用PWM橋式整流電路控制DDP

4、MWG轉(zhuǎn)速和功率的解耦控制的數(shù)學(xué)模型及控制電路，提出了一種基于三環(huán)PI控制環(huán)對(duì)有功功率進(jìn)行控制的控制電路，外環(huán)為功率控制環(huán)，中環(huán)為轉(zhuǎn)速控制環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流控制環(huán)。與傳統(tǒng)的兩環(huán)PI控制電路相比較，這種控制方法直接利用了DDPMWG的功率與轉(zhuǎn)速之間良好的線性關(guān)系進(jìn)行控制，因而具有更好的控制性能且更容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的控制策略。仿真分析表明，具有三環(huán)PI控制環(huán)的PWM整流控制電路比BOOST-CHOPPER控制電路具有更快的控制響應(yīng)速度、更高的DDP

5、MWG電磁利用率以及更好的定子電流正弦波特性。
　　 構(gòu)建了PWM逆變器解耦控制的數(shù)學(xué)模型及仿真控制電路，仿真分析了并網(wǎng)發(fā)電的兩種功率控制方式。基于前面的研究及參數(shù)的設(shè)定，構(gòu)建了10兆瓦DDPGWPS，在此基礎(chǔ)上提出了一種全風(fēng)況下、基于三環(huán)PI控制、按任意給定功率控制的智能穩(wěn)健控制策略。利用這種策略，能實(shí)現(xiàn)當(dāng)風(fēng)功率達(dá)到了給定功率的時(shí)候，按給定功率控制輸出，而當(dāng)風(fēng)功率達(dá)不到給定功率的時(shí)候，限定轉(zhuǎn)速在最大風(fēng)功率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速上，從而實(shí)

6、現(xiàn)最大風(fēng)功率的追蹤，同時(shí)，還能防止出現(xiàn)功率失控的狀態(tài)。提出了一種快速、簡(jiǎn)單，高效的最大風(fēng)功率追蹤方法，用這種方法改善了按給定功率控制策略中的最大功率追蹤方法，在不降低其追蹤速度的前提下，提高了其追蹤的準(zhǔn)確度。進(jìn)一步提出了一種高于額定風(fēng)速時(shí)，利用DDPMWG的大慣性平滑給定輸出功率波動(dòng)的新穎改進(jìn)控制策略。仿真驗(yàn)證了上述控制策略的正確性。
　　 在考慮濃差極化電壓和活性極化電壓的基礎(chǔ)上，建立了SOFC的集總數(shù)學(xué)模型，給出了其穩(wěn)態(tài)電壓

7、電流特性的MATLAB仿真。基于滯回比較的方法建立了SOFC并網(wǎng)輸出功率的控制電路，仿真了其動(dòng)態(tài)負(fù)荷跟蹤特性。由于風(fēng)速的隨機(jī)性，間歇性造成DDPGWPS輸出功率在風(fēng)功率不足時(shí)，出現(xiàn)向下凹的波動(dòng)，提出了一種實(shí)時(shí)功率互補(bǔ)的控制策略，利用SOFC多模塊組合形成的充足的電功率和快速的負(fù)荷跟隨特性平滑DDPGWPS輸出功率波動(dòng)并給出了仿真波形。
　　 提出了一種用于小孤島的風(fēng)-氫混合發(fā)電系統(tǒng)，這種系統(tǒng)通過(guò)使用電解水制氫儲(chǔ)能裝置、燃料電池、