变速恒频直驱型风电系统变流器拓扑结构研究

直接驱动型变速恒频风力发电是一种新型的发电技术,它具有无齿轮箱、机械磨损小、整机效率高、运行维护成本低等优点,在风力发电领域中有着很好的应用前景。该系统需要采用全功率变流器,对应的大功率变流器单元可以有不同的拓扑结构,根据每种电路拓扑的特点,整个系统的控制方法都会相应地发生变化。载波相移正弦脉宽调制技术（CarrierPhaseShiftedSinuousPulseWidthModulation,CPS-SPWM）可以在较低的开关频率下有效地抑制和消除低次谐波,并具有相当大的传输带宽,是一种适于大功率电力电子装置的较佳的开关调制策略。文章首先对直驱型变速恒频风力发电系统基本拓扑结构进行了对比分析,着重介绍了用CPS—SPWM调制方法控制的五电平级联变流器,及其在直驱型风力发电中的应用。直接驱动型风力发电系统几种大功率变流器拓扑结构对比分析,比较了各种拓扑结构的优缺点、技术难点,以及实际应用中存在的问题,并对大功率变流器在风力发电系统应用中的可行性进行了相关分析与探讨．为直驱风力发电系统拓扑结构的选型提供了参考基础。     

级联H桥型多电平逆变器的CPS-SPWM 调制策略研究

针对级联H桥型多电平逆变器的载波相移正弦脉宽调制（CPS-SPWM）技术展开研究。介绍了双极性CPS-SPWM和单极倍频CPS-SPWM的调制原理;进行了数学分析;利用MATLAB进行了建模仿真,采用频谱分析法进行了对比分析。结果验证了所做数学分析的正确性,单极倍频CPS-SPWM调制策略比双极性CPS-SPWM调制策略更优越。     

RESEARCH ON A NOVEL FIVE LEVEL CONVERTER BASED ON SUPER CAPACITORS

提出一种基于超级电容的五电平变流器拓扑,分析了变流器的运行工况和电容电压控制算法,采用基于脉冲宽度给出变流器输出电压的谐波特征,提出相应的调制策略.实验结果表明,变流可实现五电平输出,存储回馈的电能,提高系统的电压和容量.该文提出的调制算法可显著提高输出电压的波形质量,实现对电容电压的平衡控制.     

自举式半桥级联型五电平逆变器

提出一种新型的五电平半桥级联型逆变器,它在常规H全桥逆变的两个半桥输出上,再分别级联一级半桥,并在上下级联间连接自举元件。在载波相移脉宽调制下,级联半桥的电能由自举电路得到,无需独立的直流电源供电,级联的多电平拓扑结构提高了逆变输出电压。应用于光伏电池、蓄电池、超级电容等直流供电的逆变场合,可减少供电电源支路的单体电源串联数。利用微元法的分析方法,得出负载、调制度、充电回路电阻、自举电容的电容量4个因素,对自举电容的纹波电压、充电电流以及逆变输出谐波产生影响,再通过分析和实验表明,是一种电压利用率高、逆变器件耐压要求低的多电平逆变器。     

基于二极管箝位三电平变流器2MW直驱式风电系统研究

将高压大功率的三电平变流技术应用到直驱风力发电系统中,变流器电路结构为背靠背二极管中点箝位式三电平结构。三电平变流器采用空间电压矢量脉宽调制技术;机侧变流器采用基于最大转矩电流比的双闭环控制方案,实现了最大功率追踪且发电机运行平稳;网侧采用电网电压定向的矢量控制,实现了有功功率和无功功率的解耦控制,保证了直流侧电压的恒定,而且使得变流器工作在单位功率因数状态。研究结果表明,基于二极管箝位三电平变流器的2 MW直驱式风电系统,既实现了最大风能追踪和有功、无功的动态控制,又保证了向电网馈入高质量的友好型电能。     

基于储能技术的直驱式风力发电机无功控制

风电系统中的电压源型变流器储能系统得到广泛应用,文章分析以超级电容器为储能元件,采用双向DC/DC变流器控制的储能系统对直驱式风机的影响,提出一种基于超级电容器储能的直驱式风力发电机无功控制策略。通过储能系统和风机变流器协调控制,维持直流电压恒定,提高直驱式风电系统的无功输出能力。最后基于3种无功控制方案的算例进行仿真,仿真结果验证了文章控制策略的可行性和有效性。     

非理想电网条件下基于多目标约束的中压直挂型储能变流器并网电流改善研究

针对非理想电网电压条件下造成的级联H桥光伏逆变器并网电流畸变、低次谐波含量高等问题,主要对中压直挂型级联H桥储能变流器在非理想电网条件下的控制策略进行研究.首先分析介绍了三相级联H桥储能变流器的拓扑结构以及数学模型,其次建立了电网电压处于不平衡以及谐波污染时基于准比例积分谐振(Proportional integral...     

用于三相级联STATCOM的电压前馈空间矢量调制策略

针对H桥级联型STATCOM的直流电压平衡控制的问题,提出了一种适用于三相级联型STATCOM的基于直流电压前馈的空间矢量调制策略。该调制方法在输出电压矢量合成中根据各单元直流电压和输出电流的方向调整开关矢量组合。既能实现高质量的波形输出,又能自动抑制级联单元的直流电压不平衡,降低了控制器的算法复杂度;最后通过仿真验证了该策略的可行性。     

级联H桥光伏并网逆变器的无锁相环控制策略

级联H桥光伏并网系统采用多电平调制方法和各模块独立的MPPT控制,具有较高的效率,但是系统控制性能受锁相环影响较大,当电网电压畸变时锁相环的测量准确度会受到严重影响,使系统控制性能下降,尤其是在功率不平衡的情况下会出现过调制,导致系统不稳定。为此,提出一种应用在级联H桥光伏并网逆变器的无锁相环控制策略。该策略在基于无功补偿的级联H桥光伏并网逆变器控制策略的基础上,采用电网电压基波同步信号算法,在电网电压畸变时无需锁相环即可获取与电网电压基波同频同相的正、余弦信号,较好地满足了系统在功率平衡、功率不平衡2种工作状态下的控制要求。仿真结果和实验结果都验证了所提控制策略的有效性。     

适于直驱型风力发电系统的大功率变流器

直驱型变速恒频风力发电系统采用低速永磁同步发电机结构,无需齿轮箱,机械损耗小,运行效率高,维护成本低.该系统须采用的大功率变流器单元可以有不同的拓扑结构,根据每种电路拓扑的特点,整个系统的控制方法都会相应地发生变化.文章对直驱型变速恒频风力发电系统基本拓扑结构进行了对比分析,着重分析了常见的中高压变频器主电路拓扑,并对大功率变流器在风力发电系统应用中的可行性进行了相关分析与探讨.     

基于永磁同步发电机的直驱风电双脉宽调制变流器的研制

阐述了永磁直驱风电系统背靠背双脉宽调制(PWM)全功率变流器的电路结构和控制原理,利用Matlab软件建立了该系统的仿真模型,对其稳态和动态性能进行了分析.并构建了永磁直驱风电试验平台和双PWM变流器系统.结果表明:采用双PWM变流器作为永磁直驱风电系统的变流器,可以实现对永磁同步发电机(PMSG)的优良控制,并向电网输送优质的电能.     

基于Matlab/Simulink的永磁直驱风力发电机组建模和仿真研究

以永磁直驱风力发电机组为研究对象,建立了包括风力机、传动部分、永磁直驱发电机、矢量控制策略、最大风能捕获策略的整体数学模型;应用Matlab/Simulink工具,以建立的数学模型为基础搭建了永磁直驱风力发电机组仿真模型,并以两次阶跃风速为例对所建模型并网后运行特性进行了仿真研究。实现了永磁直驱风力发电机组的最大风能捕获和功率解耦控制,仿真结果表明,永磁直驱风力发电机组具有良好的运行特性,同时验证了所建模型的正确性和有效性。     

Review on combined wind power generation and energy storage systems

储能系统由于能够实现电能的时空平移,具有响应速度快,规模化等优点,是改善风电波动性,提高其并网能力的有效手段,构建风储联合发电系统成为目前研究重点.简单介绍了风电并网对电力系统的影响及不同类型电池储能技术的发展现状,给出了部分国内外风储联合发电系统的示范工程,并分析了平滑风电功率波动,跟踪计划出力曲线和削峰填谷3种主要运行方式,重点阐述了目前风储联合发电系统控制策略和储能容量配置研究现状,对进一步开展风储联合发电系统的研究进行了展望,指出经济性仍然是制约储能技术应用的关键问题之一,提高包含储能单元的风储联合发电系统的经济性是今后的研究重点.     

基于电池储能系统和双重扩展卡尔曼滤波的风能发电智能调度技术研究

风能等新能源发电系统在供电体系中的占比越来越大,但其随机性和波动性问题,将风力发电厂输出的电力直接向电网调度会造成安全隐患。为了解决这一问题,基于电池储能系统提出了一种风能发电智能调度技术,该技术以风力发电动力学模型和电池储能系统状态模型为基础,利用双重扩展卡尔曼滤波算法实现了风能发电系统的稳定输出。以某地风速实测数据和电网需求功率为参考,对不同算法的输出功率预测值进行了仿真分析和实验对比。结果表明：提出的改进算法预测的风速值误差相比于传感器观测值平均误差降低了28%以上,可以更准确地提供发电系统输出功率;提出的智能调度技术可以使电压波动幅度降低60%以上,系统整体输出功率稳定在参考功率附近,误差不超过2%,有一定的实用意义。     

The world's largest all-vanadium redox flow battery energy storage system for a wind farm

风力发电具有明显的随机性,间歇性,不可控性和反调峰特性,风力发电的大规模并网给电网调峰和稳定,安全运行带来了巨大压力,造成弃风限电现象愈加严重,严重影响了风力资源的有效利用和经济效益.全钒液流电池储能电站在能量管理系统的调度下,对风力发电输出功率进行平滑,配合风电场功率预报系统,提高风电场跟踪计划发电能力,改善了风电场并网电能质量,降低了对电网的冲击与影响,同时也提高了风电场输出功率可控性,有利于提高电网对风电的接纳能力.国电龙源卧牛石风电场配套的5 MW/10 MW∙h全钒液流电池储能系统为目前世界上最大规模的全钒液流电池储能系统.本文介绍了该全钒液流电池技术特点和储能系统的设计,成组方案及功能,并对储能技术在可再生能源发展中的作用进行了展望.     

风力发电系统输出功率随机波动的仿真分析

针对当前风力发电系统输出功率随机波动的问题,以永磁同步风力发电机(PMSG)与直流侧储能系统(钒氧化还原电池)整合的风力发电系统为基础,进行数字仿真建模,采用MATLAB/Simulink软件对固定负载,变化风速工况;固定风速,负荷瞬变工况;风速和负荷同时变化工况;进行了仿真试验和分析。结果表明,对于采用储能技术的风电场并网功率随机波动的平抑控制,可以利用蓄电池的充放电特性,在风速变化以及负荷瞬变时进行功率平衡的调节。     

Economic feasibility of electricity generation from wind farms: A case study

Environmental problems, population growth, and the recent energy crisis have emphasized the need for zero-emission technologies while also ensuring economic feasibility. This work presents the economic advantages of using wind energy for power generation in Iran. A theoretical model is developed, which predicts the output power under various geographical and operating conditions. The wind data (speed and direction) of 2-h interval long-term period from December 2010 to October 2015 was adopted and analyzed to evaluate the levelized costs of electricity (COE) for power generation from wind farms (Arsanjan, Lamerd, and Abadeh) for the year 2018 per time. The influence of two important geographical factors namely winds speed and air humidity on output power also was studied. The results showed that the output power increases continuously when the wind speed varies from 2.0 to 2.6 m/s probably due to the compression of air passing through the wind turbine.     

Modelling of wind energy‐based microgrid system implementing MMC

Nowadays, renewable energy systems have come up with more potential in power generation so as to meet the power demand. Among all the renewable systems, the wind energy generating system is believed to be at the peak. However, the wind energy‐based microgrid system is associated with many problems such as fluctuations in output voltage due to the fluctuated wind speeds and harmonics generations in the system. To address these issues, this article proposes a new method in order to achieve harmonic mitigation across its output by maintaining constant voltage. Nevertheless, particular attention has been given to the form and function of modular multilevel converter with multi‐winding transformer connected to the grid. Modular multilevel converter has been implemented with an advanced voltage controller tuned to control the voltage at its output. Also, a new system topology has been introduced with two wind turbines that are interconnected to multi‐winding transformer through asynchronous generators. The proposed system has been implemented with constant and variable wind speeds, and their respective results have also been analysed. The proposed scheme shows its effectiveness by theoretical calculations, verified by simulation and experimental results. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Wind energy–hydrogen storage hybrid power generation

In this theoretical investigation, a hybrid power generation system utilizing wind energy and hydrogen storage is presented. Firstly, the available wind energy is determined, which is followed by evaluating the efficiency of the wind energy conversion system. A revised model of windmill is proposed from which wind power density and electric power output are determined. When the load demand is less than the output of the generation, the excess electric power is relayed to the electrolytic cell where it is used to electrolyze the de‐ionized water. Hydrogen thus produced can be stored as hydrogen compressed gas or liquid. Once the hydrogen is stored in an appropriate high‐pressure vessel, it can be used in a combustion engine, fuel cell, or burned in a water‐cooled burner to produce a very high‐quality steam for space heating, or to drive a turbine to generate electric power. It can also be combined with organic materials to produce synthetic fuels. The conclusion is that the system produces no harmful waste and depletes no resources. Note that this system also works well with a solar collector instead of a windmill. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.