【摘要】：為解決再生能源發(fā)電輸出功率間歇性和波動性問題,研究大容量電力儲能技術,實現(xiàn)再生能源大規(guī)模并網。首先,研究大容量超導磁體儲能(Superconducting Magnetic Energy Storage,SMES)拓撲及協(xié)調控制�；诙嗬@組隔離變壓器和模塊化思想,提出一種新型易擴容大容量SMES變流器拓撲,探究新型SMES變流器拓撲運行機理,對環(huán)流、可行性和小信號穩(wěn)定性進行分析;提出多電平VSC功率電流控制和多重斬波器矢量切換協(xié)調控制策略,結合載波移相調制,穩(wěn)定直流母線電壓、解決多重斬波器均流問題。在MATLAB/Simulink中構建不同工況下的仿真模型,對比PI控制和矢量切換控制的均流效果及功率、電流控制的功率跟隨性能;同時在模塊化SMES實驗平臺上進行四象限功率調節(jié)實驗,驗證功率、電流控制策略的有效性。其次,研究大容量釩流電池(Vanadium Redox-flow Battery,VRB)拓撲及協(xié)調控制。分析VRB工作原理、性能及等效模型,提出大容量VRB多級雙向變流器架構及控制策略。建立VRB多級雙向DC/DC變流器模型,基于功率平均分配策略提出VRB智能充放電優(yōu)化控制策略,控制各級VRB充放電,減小VRB充放電次數。構建VRB仿真模型及實驗臺架,試驗VRB均流及功率跟蹤效果,仿真和實驗結果驗證了VRB變流器拓撲及控制策略的有效性。再次,針對風電功率波動及單一類型儲能平滑效果差等問題,將功率型儲能SMES和能量型儲能VRB組成復合儲能(Hybrid Energy Storage,HES)平滑風電功率波動。深入分析HES架構,提出基于經驗模態(tài)分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和滑動平均法的功率配置方法,重構功率型和能量型儲能的參考功率。建立了HES優(yōu)化配置模型,通過改進粒子群優(yōu)化算法求解儲能最優(yōu)功率和容量。仿真對比了單一儲能和復合儲能平滑功率波動效果,結果表明復合儲能平滑功率波動效果優(yōu)于單一儲能,且作風電場中接入HES,結合EMD分解功率優(yōu)化配置能有效平滑風電功率波動,實現(xiàn)風電場并網功率的平穩(wěn)可控,提高了風電場的并網能力。不同工況下的實驗進一步驗證HES功率分配及平滑風電功率波動策略的有效性。最后,針對大規(guī)模風電機組脫網、棄風問題,研究HES輔助雙饋感應電機(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)低壓穿越策略。構建HES輔助DFIG低壓穿越架構,分析推導DFIG穩(wěn)態(tài)功率關系及其在電網電壓跌落時的暫態(tài)特性。分析LVRT控制目標,在常規(guī)恒定功率控制基礎上,提出αβ軸電壓前饋正序電流控制策略,快速補償無功電流穩(wěn)定直流母線電壓,并通過及時吞吐有功功率抑制PCC點電壓和功率波動,輔助DFIG快速實現(xiàn)低壓穿越。仿真和實驗結果驗證了HES輔助DFIG低壓穿越策略的有效性。該文研究的大容量電力儲能拓撲、協(xié)調控制、功率分配及優(yōu)化配置等技術有助于解決再生能源波動性和間歇性等問題,使再生能源協(xié)同協(xié)調、友好接入大電網,對提高能源和環(huán)境安全具有重要意義。
【圖文】：

CSC和VSC型

scL（a）CSC 型 SMES 圖 1-1 CSC 和 VSC 型 SMEFig. 1-1 CSC and VSC topology （1）SMES變流器拓撲結構對于高壓、大容量應用場合，基本型 SMES 變容的拓撲結構及其控制策略。由于 VSC 型 SMES 較特別說明，均針對 VSC 型 SMES。（a）二極管箝位和飛跨電容箝位scL
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM614

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本文編號：2613713