内容发布更新时间 : 2024/12/23 4:38:26星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

东北电力大学本科毕业设计论文

这里选择应用较为广泛的双向buck/boost直流变换器。变换器低压侧接超级电容，高压侧接风力发电机直流侧，如图3.3所示。

图3.3 双馈风力发电机直流侧并联超级电容

Buck/boost双向直流变换器由boost升压电路和buck降压电流反并联而成，下面分别讨论电感电流连续时的工作过程。

在boost工作模式下，gl与g2开关状态相反，gl等效为二极管，拓扑如下图3.4所示。

图3.4 boost升压电路拓补

在boost升压模式下，g2在导通时，电源E向电感L充电，i0?0，电容Cdc给R供电，U0电压下降；当g2关断时，i0?i1，L对Cdc充电，U0电压上升。

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在buck工作模式下，g2等效为二极管，当g1导通时，i0?i1，电感L反向充电；当gl关断时二极管D续流，i0为0。拓扑结构如图3.5所示。

图3.5 buck降压电路拓补

3.2.2 双向直流变换器平均功率控制策略

由于风速的不稳定性，因此风力发电机的输出功率也在不断变化，这里储能装置的充放电状态的控制需要依靠Buck/boost双向直流变换器的两个IGBT的触发信号来实现，而控制两个IGBT触发器的触发信号要与风力发电机在该时刻的输出功率来决定，在这里提出一种基于分段平均功率比较控制的控制策略：

在平均功率控制策略中，我们将一段时间内的风力发电机的输出功率分解为几个不同的时间段，分别求出每个时间段内的风力发电机输出功率的平均值作为该时段风力发电机的输出功率参考值Pref，再分别将每一时刻的输出功率与Pref进行比较，确定两个IGBT触发器的导通与关断，以下是该种平均功率控制策略的具体步骤：

1、设置比较步长s?的n个小区间。

2、计算该区间内风力发电机输出功率的平均值作为每一区间段的参考功率，即Pref??t?stt，其中t为仿真时间，即将给定的仿真时间分成相等nP(t)dt。

3、将实际的风机的输出功率P与该段时间对应的Pref进行比较，若P>Pref，

IGBT2关断，电路为降压电则超级电容器应工作在充电状态，此时IGBT1导通，

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路拓补结构。

4、若P

5、当IGBT的控制信号发生后，继续载入下一时刻实际输出功率的值，并判断该输出功率的时间是否仍在上一功率参考值Pref的区间内。若是，则不改变Pref的值并进行比较，若不是，则返回步骤（2）重新进行Pref的计算与设定。

以上控制策略原理是将整个时间段的输出功率分成若干的等时间区间，并通过比较每一时刻的实际输出功率与该时刻对应的输出功率的参考值来确定双向直流变换器的工作状态，既能保证两个IGBT导通关断的可靠性，又能保证输出功率的平滑性与连续性，因此可以用于储能装置接入风力发电的系统结构中。

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第4章 超级电容器储能原理及建模

4.1 风力机建模

风力机作为能量转换的重要部件，是整个发电系统需要首先考虑的部分。而风力机是靠吸收自然界的风能来驱动风力发电机工作的。因此，在建立风力机模型之前木文首先建立模拟自然风的风速模型。

4.1.1 风速数学模型

为了尽可能的描述自然风的的特点，一般认为自然风由基本风、阵风、阶跃风以及随机风4个部分组成[23]-[26]。可用如下公式表示：

Vw?Vwb?Vwg?Vwr?Vwn （4.1）

上式中各分量含义如下：

Vwb为基本风，描述风场的平均风速，决定了风力发电系统额定输出功率的大小。风电场测风所得的威布尔分布参数可以近似确定它的大小，一般认为基本风不随时间变化，仿真中取常数。

Vwg为阵风，描述风速跃升或骤降的特性。通常，用它来测试整个系统在风速大范围变化时的动态特性，其数学模型为：

Vwg?0???1?t?t1?V1?co2s????2gmaxt2???t?t1,t?t1?t2t1?t?t1?t2 （4.2）

上式中，t1和t2分别表示阵风的起始时间和持续时间，Vgmax表示阵风的最大风速。

Vwr为渐变风，模拟具有线性特性的风速，其数学模型为：

?0?t?t2???Vrmax(1?)t1?t2???Vrmaxt1?tt1?t?t2 （4.3） t?t2 Vwr其中，Vrmax表示渐变风峰值，t1和t2则分别表示渐变风的起始时间和终止时

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