風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的飛輪儲能技術(shù)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(yōu)點，具有廣泛的應(yīng)用前景。特別適用于解決風(fēng)能的隨機性、波動性問題，實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(WEGS)電能的平滑輸出，使大規(guī)模風(fēng)電可以安全可靠地接入常規(guī)電網(wǎng)。對FES單元的數(shù)學(xué)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(yīng)用價值。
　　本文針對FES在WEGS中的應(yīng)用，研制了一臺FES單元樣機，對其充電過程和放電過程的調(diào)制方法分別進行優(yōu)化

2、，并分別設(shè)計了基于小信號模型的PID控制器和基于徑向基函數(shù)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制器。構(gòu)建了MATLAB仿真系統(tǒng)和實驗平臺對理論分析進行驗證，為FES技術(shù)的發(fā)展和工程應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。論文主要研究內(nèi)容和取得的成果如下:
　　系統(tǒng)地介紹了課題的研究背景和意義，全面分析了國內(nèi)外FES技術(shù)的研究現(xiàn)狀。詳細(xì)地闡述了現(xiàn)有的幾種電機驅(qū)動FES單元的控制策略和控制技術(shù)，重點總結(jié)了永磁無刷直流電機(BLDCM)驅(qū)動FES單元的拓?fù)潆?/p>

3、路及控制方法。
　　確立了直驅(qū)式WEGS采用背靠背式的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將FES單元并聯(lián)至直流母線上。對風(fēng)速、風(fēng)力機、發(fā)電機、并網(wǎng)側(cè)和FES單元分別建立了數(shù)學(xué)模型，采用Buck電路控制直流電機(DCM)的電樞電流從而模擬風(fēng)力機的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性。
　　設(shè)計并制作了一套基于機械軸承的、采用BLDCM驅(qū)動的FES單元，對其在10，000 r/min轉(zhuǎn)速以內(nèi)的損耗進行了測量，分離了電損、風(fēng)損和軸承損耗三種主要損耗。對處于不同待機轉(zhuǎn)速的

4、FES單元以恒功率放電方式轉(zhuǎn)化為電能的有效能量和經(jīng)歷不同待機時間的能量利用系數(shù)進行了計算分析。
　　分析了不同調(diào)制方式對FES單元直流側(cè)電流和相電流的影響，分別選擇PWM_ ON_ PWM調(diào)制方式和PWM_ON調(diào)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(fā)電機側(cè)變流器進行轉(zhuǎn)速-電流雙閉環(huán)

5、控制以實現(xiàn)發(fā)電機的最大風(fēng)能跟蹤(MPPT)運行，對電網(wǎng)側(cè)變流器的電流環(huán)進行比例復(fù)數(shù)積分(PCI)控制。對FES單元建立了小信號模型，設(shè)計了含慣性環(huán)節(jié)的PID控制器。為獲得適用范圍更廣的控制器，構(gòu)建了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(shù)應(yīng)用于WEGS的實驗系統(tǒng)平臺。采用雙DSP和雙口RAM為核心處理單元構(gòu)建數(shù)字控制系統(tǒng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)編寫控制