電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(本)

慶“電力大摩畢業(yè)設(shè)計(jì)論文姓名：馮琦學(xué)號(hào)：—學(xué)院： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 題目：超級(jí)電容器儲(chǔ)能平抑風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)的仿真研究指導(dǎo)教師： 李衛(wèi)國(guó) 年月摘要隨著全球能源和環(huán)境問題的日益突出，風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，其全球蘊(yùn)藏量極為豐富，大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電可以改善世界能源供給結(jié)構(gòu)，緩解全球能源緊張和環(huán)境污染等問題，為人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。然而，隨著并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的不斷增大，風(fēng)電功率的隨機(jī)性和波動(dòng)性對(duì)電力系統(tǒng)的影響越來越明顯。大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)安全性、穩(wěn)定性以及調(diào)度帶來很大的影響，如果這些問題得不到有效的解決，不僅會(huì)危及到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且會(huì)制約風(fēng)力發(fā)電大規(guī)模的發(fā)展。本文以平抑并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波動(dòng)，減小風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)不利影響為目的，提出了一種以超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)為基礎(chǔ)，分布配置儲(chǔ)能系統(tǒng)的新型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)方案，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波動(dòng)平抑策略，儲(chǔ)能原理及儲(chǔ)能元件參數(shù)進(jìn)行研究。首先，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率特性和儲(chǔ)能技術(shù)特點(diǎn),選出采用超級(jí)電容器儲(chǔ)能,繼而提出一種以平均功率為參考的雙向變流器控制策略。然后根據(jù)超級(jí)電容器的原理進(jìn)行仿真，找出了電容器時(shí)間常數(shù)與平抑效果和儲(chǔ)能容量之間的關(guān)系，結(jié)合文中的輸出功率波形，確定了最優(yōu)時(shí)間常數(shù)，并驗(yàn)證了超級(jí)電容器儲(chǔ)能對(duì)于平抑功率波動(dòng)具有顯著的作用效果。關(guān)鍵詞風(fēng)力發(fā)電；功率波動(dòng)；超級(jí)電容儲(chǔ)能；控制策略第章緒論課題背景及意義可再生能源，顧名思義，指的是與化石能源相對(duì)應(yīng)、能夠永續(xù)利用的能源，如核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮?、潮汐能等。我?guó)可再生能源多種多樣、儲(chǔ)量豐富，未來將成為化石能源的替代品，在能源結(jié)構(gòu)中所占比重將不斷增加，雖然在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，以煤炭為主的化石能源仍將是我過的主流能源，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展、碳排放及能源安全等方面考慮，在合理開發(fā)、高效利用化石能源的同時(shí)，積極開發(fā)清潔的可再生能源，能夠有效應(yīng)對(duì)資源短缺和環(huán)境污染的嚴(yán)峻局面，也是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。在所有可再生能源中，風(fēng)能占到了，而且風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在成熟度和經(jīng)濟(jì)效益方面也是在各種可再生能源的發(fā)電技術(shù)中占較大優(yōu)勢(shì)的，因此它是世界范圍內(nèi)發(fā)展速度最快的新能源分布式發(fā)電技術(shù)。在我國(guó)，近十多年來風(fēng)力發(fā)電也獲得了迅猛的發(fā)展，風(fēng)電裝機(jī)容量從年至年五年時(shí)間逐年翻倍，并達(dá)到而超越美國(guó)成為世界第一風(fēng)電大國(guó)，中國(guó)可再生能源協(xié)會(huì)根據(jù)當(dāng)前風(fēng)電發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)，到年底，我國(guó)全國(guó)風(fēng)電總裝機(jī)容量將超過。然而與傳統(tǒng)的水力發(fā)電和火力發(fā)電不同，風(fēng)力發(fā)電的原動(dòng)力是空氣流動(dòng)產(chǎn)生的風(fēng)能，風(fēng)能受天氣條件的影響，具有隨機(jī)性和波動(dòng)性，風(fēng)電場(chǎng)輸出功率是由風(fēng)速、風(fēng)向、濕度和大氣壓力等條件共同決定的。正因?yàn)檫@種不確定性和波動(dòng)性，使得風(fēng)力發(fā)電和傳統(tǒng)常規(guī)能源發(fā)電具有很多不同點(diǎn)，其運(yùn)行工況更為復(fù)雜。根據(jù)實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率往往具有很大的波動(dòng)性，其在一分鐘的間隔內(nèi)功率輸出變化最大可達(dá)的風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量。實(shí)現(xiàn)風(fēng)力資源大規(guī)模開發(fā)和利用最有效的方式是并網(wǎng)運(yùn)行，但是大型風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的特性導(dǎo)致其并網(wǎng)后對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性和穩(wěn)定性造成諸多不利影響。隨著我國(guó)風(fēng)電的迅猛發(fā)展，各種大型風(fēng)電場(chǎng)相繼建成并投入運(yùn)行，當(dāng)接入電力系統(tǒng)的風(fēng)電容量超過一定的百分比之后，風(fēng)電功率的隨機(jī)波動(dòng)將會(huì)增加電力系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)壓以及運(yùn)行調(diào)度難度和運(yùn)行成本。特別的，當(dāng)大型并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)超過電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻能力范圍時(shí)，將嚴(yán)重威脅到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》對(duì)大型并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的波動(dòng)范圍進(jìn)行了明確的限制。在風(fēng)電場(chǎng)配置一定容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以很好解決風(fēng)電功率波動(dòng)性和間歇性的缺點(diǎn)，通過控制儲(chǔ)能系統(tǒng)和風(fēng)電場(chǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行來調(diào)節(jié)風(fēng)電場(chǎng)注入電力系統(tǒng)的功率波動(dòng)，使風(fēng)電場(chǎng)注入電力系統(tǒng)的功率波動(dòng)滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。這樣不僅提高了并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，減小了風(fēng)電功率波動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)造成的影響，而且儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以提供一定的無功支持，改善風(fēng)電的電能質(zhì)量，使風(fēng)電場(chǎng)成為可調(diào)度的電源。因此儲(chǔ)能系統(tǒng)在風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義口口。課題研究現(xiàn)狀風(fēng)電功率輸出由于受天氣和地理?xiàng)l件的影響具有很大的波動(dòng)性和隨機(jī)性，在風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，風(fēng)電功率的這種特性將會(huì)給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量造成很大的影響，尤其是隨著我國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)的規(guī)模快速增長(zhǎng)，風(fēng)電容量在電力系統(tǒng)所占比例逐步增加，這種影響變的更加顯著。如果這些問題不能夠有效的解決，不僅會(huì)影響到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且會(huì)降低風(fēng)能的利用率，限制風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模，進(jìn)而對(duì)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展造成巨大影響。隨著電力電子技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)越來越多的應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各個(gè)方面。儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠快速吸收和釋放能量，可以有效的解決風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波動(dòng)性的缺點(diǎn)。通過給風(fēng)電場(chǎng)配置一定容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以極大改善風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的可控性，提高風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量，增強(qiáng)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，減小并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的不良影響，優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用的研究主要集中在兩個(gè)方面：一是利用儲(chǔ)能系統(tǒng)增強(qiáng)風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)定性；二是利用儲(chǔ)能系統(tǒng)提高電能質(zhì)量。具體介紹如下：利用儲(chǔ)能系統(tǒng)增強(qiáng)風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)定性增強(qiáng)風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)定性的根本方法就是減小風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)功率的波動(dòng)，提高系統(tǒng)功率的平衡度，儲(chǔ)能系統(tǒng)具有快速吞吐有功功率和無功功率的特點(diǎn)，可以用以改善風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的有功功率、無功功率的平衡，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在改善電壓穩(wěn)定性問題方面，文獻(xiàn)□研究了超導(dǎo)磁儲(chǔ)能在改善風(fēng)電場(chǎng)電壓穩(wěn)定性的應(yīng)用，超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在四象限運(yùn)行，調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)組并網(wǎng)的有功功率和無功功率，達(dá)到平滑功率輸出和保持電壓穩(wěn)定的目的。文獻(xiàn)口研究了超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)在提高風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)穩(wěn)定性的應(yīng)用，仿真結(jié)果表明，超級(jí)電容儲(chǔ)能能夠較好的減小風(fēng)電并網(wǎng)的電壓波動(dòng)，增強(qiáng)風(fēng)電并網(wǎng)穩(wěn)定性。文獻(xiàn)口利用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)來平滑風(fēng)電機(jī)組輸出功率的波動(dòng)，具有充放電相應(yīng)速度快、無污染等優(yōu)點(diǎn)。文獻(xiàn)口研究了全銳液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在改善并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量方面的應(yīng)用情況，具有快速的功率吞吐和靈活的四象限調(diào)節(jié)能力。利用儲(chǔ)能系統(tǒng)提高電能質(zhì)量風(fēng)電并網(wǎng)后對(duì)電能質(zhì)量的影響主要表現(xiàn)在電壓波動(dòng)、電壓暫降以及波形畸變等方面。利用儲(chǔ)能系統(tǒng)可以改善并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)的電能質(zhì)量，提高風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)輸出電能質(zhì)量。文獻(xiàn)口利用集成單元快速調(diào)節(jié)風(fēng)電場(chǎng)輸出有功功率和無功功率，維持風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)電壓的恒定。文獻(xiàn)口利用超級(jí)電容串并聯(lián)混合型儲(chǔ)能系統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)電能質(zhì)量，其中并聯(lián)超級(jí)電容用于平滑風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的波動(dòng)，串聯(lián)超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)改善輸出電壓的可靠性，降低電壓暫降。文獻(xiàn)口利用超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)四象限功率調(diào)節(jié)能力改善并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行特性，提高了風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的電能質(zhì)量。本文的研究?jī)?nèi)容從前文所述的文獻(xiàn)中我們可以看出，儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)于增強(qiáng)并網(wǎng)穩(wěn)定性和提高電能質(zhì)量方面都有明顯的效果，但是前述論文中大部分研究的是某一種儲(chǔ)能技術(shù)作用后對(duì)于風(fēng)力發(fā)電的改善效果，而在實(shí)際運(yùn)用中，我們需要分析比較各種儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及它們各自的適用范圍，從各個(gè)方面分析比較，選出合適的儲(chǔ)能技術(shù),并且在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中對(duì)該種儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行調(diào)試，因此，在本文中涉及到的工作主要有：.簡(jiǎn)要的介紹了現(xiàn)如今風(fēng)力發(fā)電機(jī)的種類，以及如今最為廣泛使用的雙饋式異步發(fā)電機(jī)的工作原理。.介紹了如今各種儲(chǔ)能技術(shù)特點(diǎn)，并根據(jù)他們各自的優(yōu)缺點(diǎn)選出了一種適合安裝在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的儲(chǔ)能技術(shù)，即超級(jí)電容器儲(chǔ)能。.根據(jù)超級(jí)電容器儲(chǔ)能的原理建立超級(jí)電容器模型，并提出一種決定超級(jí)電容器工作在充電狀態(tài)還是放電狀態(tài)的控制策略。.創(chuàng)建出風(fēng)機(jī)輸出功率模型并根據(jù)創(chuàng)建的超級(jí)電容器模型，在平臺(tái)上搭建超級(jí)電容器儲(chǔ)能仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明了超級(jí)電容器儲(chǔ)能的有效性，并改變電容器的相關(guān)參數(shù)觀察仿真波形進(jìn)行比較，最后選出合適的超級(jí)電容器參數(shù)。第章雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)和儲(chǔ)能系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本運(yùn)行方式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)按發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式可分為：恒速恒頻()系統(tǒng)和變速恒頻()系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)的條件是：系統(tǒng)輸出電壓、電流的頻率、幅值和相位與電網(wǎng)電壓、電流矢量一致。恒速恒頻系統(tǒng)的缺點(diǎn)是，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速不能跟隨風(fēng)速的變化而調(diào)節(jié)。所以，風(fēng)速突變時(shí)，風(fēng)力機(jī)不能及時(shí)吸收產(chǎn)生的巨大風(fēng)能，而完全由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各機(jī)械部件承受。在風(fēng)速頻繁變化的風(fēng)電場(chǎng)中，風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械部件會(huì)疲勞損壞甚至不能使用。所以，要保證此系統(tǒng)能安全穩(wěn)定的運(yùn)行，風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械部件在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)都要做更多的考慮和保護(hù)措施。然而，這樣機(jī)組的重量就不斷的增加、制造成本也相應(yīng)的加大。更重要的是，即使系統(tǒng)可以安全穩(wěn)定的運(yùn)行，也無法獲取最大的風(fēng)能，整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率較低由于恒速恒頻系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能的捕獲控制，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。變速恒頻系統(tǒng)主要解決了恒速恒頻系統(tǒng)不能調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲控制的問題。此系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)如下所述：首先，由于風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速可以跟隨風(fēng)力機(jī)的變化由控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，所以，風(fēng)力機(jī)可以及時(shí)的吸收因?yàn)轱L(fēng)速突然增加而產(chǎn)生的巨大風(fēng)能。這樣風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械部件就不會(huì)像恒速恒頻系統(tǒng)那樣承受很大的機(jī)械應(yīng)力，也就減少了機(jī)械部件的疲勞損傷，降低了機(jī)械部件設(shè)計(jì)時(shí)的難度。而風(fēng)速突然下降的時(shí)候，變頻器控制系統(tǒng)乂會(huì)控制高速風(fēng)力機(jī)釋放儲(chǔ)存的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，并回饋給電網(wǎng)。所以說，風(fēng)力機(jī)速度的可控性增加了風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。其次，槳距控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單。通過槳距控制可以減少風(fēng)速突然變化時(shí)風(fēng)力機(jī)葉片吸收的風(fēng)能。在高風(fēng)速階段，槳距控制系統(tǒng)可以充分發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，保證風(fēng)力機(jī)的吸收功率在系統(tǒng)調(diào)節(jié)功率以內(nèi)。而在功率恒定區(qū)之前，槳距角都可設(shè)置為。最后，通過風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)就可以使風(fēng)力機(jī)始終運(yùn)行在最佳的葉尖速比上，也就保證了最佳風(fēng)能利用系數(shù)。所以，變速恒頻系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能的捕獲控制，提高發(fā)電機(jī)組的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率。變速恒頻發(fā)電技術(shù)上面分析可知，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是目前的發(fā)展方向，而變速恒頻系統(tǒng)乂有多種不同的實(shí)現(xiàn)方案。例如，無刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、繞線轉(zhuǎn)子式雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、磁場(chǎng)調(diào)制時(shí)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、開關(guān)磁阻式發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、無刷爪極式發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)各有特點(diǎn)，且應(yīng)用于不同的場(chǎng)合。但是由于無刷發(fā)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)控制復(fù)雜，技術(shù)不成熟，因此，目前大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的主要研究熱點(diǎn)之一就是繞線轉(zhuǎn)子式雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，國(guó)際上已經(jīng)出現(xiàn)了兆瓦級(jí)大功率的雙饋型發(fā)電系統(tǒng)，技術(shù)相對(duì)成熟,因此，它是目前風(fēng)電場(chǎng)最常見的風(fēng)力發(fā)電機(jī)型，本文也將研究的重點(diǎn)放在雙饋異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)上。雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理及其特點(diǎn)圖雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖給出了雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。雙饋異步發(fā)電機(jī)是一種繞線式感應(yīng)發(fā)電機(jī)，它是由定子、轉(zhuǎn)子和軸承等元件構(gòu)成，其定子繞組直接與電網(wǎng)相連接,轉(zhuǎn)子繞組通過交直交變頻器與電網(wǎng)相連，由于其定、轉(zhuǎn)子都能向電網(wǎng)饋電，故簡(jiǎn)稱為雙饋電機(jī)。轉(zhuǎn)子繞組的頻率、電壓、幅值和相位可由變頻器按照運(yùn)行要求自動(dòng)調(diào)節(jié)，可以保證機(jī)組在不同風(fēng)速下實(shí)現(xiàn)恒頻發(fā)電。轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器是用來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)輸出有功功率，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)最大功率跟蹤以及為轉(zhuǎn)子繞組提供勵(lì)磁；電網(wǎng)側(cè)變頻器的主要任務(wù)是保證直流母線電壓的穩(wěn)定和滿足功率因素要求雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用交流勵(lì)磁變速恒頻控制具有以下優(yōu)點(diǎn)二：①風(fēng)輪機(jī)可以在一定風(fēng)速變化范圍內(nèi)運(yùn)行，無需調(diào)整裝置，減少了因調(diào)速而產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力。此外，風(fēng)電機(jī)組控制更加方便和靈活，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率。②通過對(duì)勵(lì)磁電流幅值和相位的調(diào)節(jié)，利用矢量控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出有功功率和無功功率的獨(dú)立控制。③變頻器所需功率與風(fēng)力機(jī)容量比值較小，變頻器的體積減小，有利于風(fēng)力機(jī)成本的降低。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率輸出曲線風(fēng)輪機(jī)是用來捕獲空氣流動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能，并將其轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的設(shè)備，其形式有多種，根據(jù)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸在空間的方向不同，分為水平軸風(fēng)機(jī)和垂直軸風(fēng)機(jī)兩大類。目前大型風(fēng)電機(jī)組大多都采用水平軸風(fēng)機(jī)，其乂可劃分為定槳距、變槳距兩種形式。當(dāng)風(fēng)速改變時(shí)，定槳距的槳葉迎風(fēng)角不能隨之改變，因而簡(jiǎn)單可靠；變槳距的可以通過控制改變風(fēng)機(jī)槳距角，槳葉較輕巧，但結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，故障率相對(duì)較高。風(fēng)機(jī)從風(fēng)中吸收的能量可用下式表示：（）式中，P為風(fēng)輪機(jī)輸出功率；。,是風(fēng)輪的功率系數(shù)，其最大值為0.59（貝茲極限），是風(fēng)輪能達(dá)到的最大效率；A為風(fēng)輪掃風(fēng)面積；P為空氣密度；好為風(fēng)速。風(fēng)力發(fā)電機(jī)性能可以用它的功率輸出特性曲線來反映，是一個(gè)風(fēng)速與有功的關(guān)系式：中0%3c典么 （）O式中，P為風(fēng)力機(jī)的輸出有功功率；P為空氣密度；。是風(fēng)輪機(jī)葉片直徑;y是風(fēng)速；Cp為風(fēng)輪機(jī)系數(shù)；77,是風(fēng)機(jī)傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率；外是發(fā)電機(jī)的機(jī)械效率。一般來說，在滿足實(shí)際工程要求的情況下，可以將該功率輸出特性簡(jiǎn)化成如下的函數(shù)表達(dá)式:° v<%,v>匕oc c吁VAP.=P,-- v,<v<vrVr一匕P, VrC"% ()式()中，匕為風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的有功功率；匕為風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的額定功率。根據(jù)上式可知，風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力情況可以分為零出力、欠出力和額定出力口。雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)化輸出功率風(fēng)速特性曲線如下：(kW)(m/s)圖風(fēng)機(jī)輸出功率特性曲線風(fēng)電場(chǎng)一般占地面積較大，各臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)工況也不一樣，再加上風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部尾流效應(yīng)作用，都會(huì)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率產(chǎn)生影響。本研究假設(shè)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)所有風(fēng)電機(jī)組的工況相同，同時(shí)不考慮尾流效應(yīng)的影響，將所有風(fēng)電機(jī)組的輸出功率相加作為整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率。儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)簡(jiǎn)介目前主要的儲(chǔ)能方式有物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能和相變儲(chǔ)。其中，物理儲(chǔ)能方式可以分為抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等；電磁儲(chǔ)能方式主要是超導(dǎo)儲(chǔ)能；電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備有超級(jí)電容、各類蓄電池、化學(xué)電池、燃料電池、鋰離子電池、鈉硫電池和液流電池等；相變儲(chǔ)能主要是冰蓄冷儲(chǔ)能。下面將重點(diǎn)研究目前使用較多和具有發(fā)展優(yōu)勢(shì)的幾種儲(chǔ)能方式。、抽水蓄能抽水蓄能是將下游水泵入上游水庫(kù)中，需要時(shí)再放水發(fā)。這一過程是先將富余電力轉(zhuǎn)化為水的勢(shì)能，在用電高峰時(shí)將儲(chǔ)存的這部分勢(shì)能再轉(zhuǎn)化為電能的方法,就目前技術(shù)水平可以達(dá)到一的利用效率。這一儲(chǔ)能方式多用于電能調(diào)度管理，儲(chǔ)存能量較大，可以滿足數(shù)小時(shí)至數(shù)天甚至更長(zhǎng)時(shí)間的電網(wǎng)功率支撐，可以用來調(diào)峰填谷、高峰備用、調(diào)相調(diào)頻。因此這一儲(chǔ)能方式對(duì)于電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行可以起到重要的作用，目前這一儲(chǔ)能方式在很多國(guó)家都有應(yīng)。但是抽水蓄能電站的建設(shè)必須依賴必要的地理?xiàng)l件，不是所有地區(qū)都適合建設(shè)，而且初期投資成本較高，建設(shè)周期較長(zhǎng)，這些因素都影響著抽水蓄能的應(yīng)用。、壓縮空氣儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能是用電能將空氣壓縮儲(chǔ)存在高壓的密閉裝置里，需要的時(shí)候再釋放。壓縮空氣協(xié)助推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，一般空氣存儲(chǔ)設(shè)施都在地下。在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電過程中，使用壓縮空氣可以節(jié)省的燃?xì)饪?，減少排放。目前這種儲(chǔ)能方式功率密度較高，其安全可靠性較高，可以用于峰谷調(diào)節(jié)，平衡負(fù)荷；但是其能量密度較低，而且受地理環(huán)境條件制約，目前僅有少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家有應(yīng)用。、飛輪儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能存儲(chǔ)的一種儲(chǔ)能方法，在需要再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能輸出。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展主要得益于材料科學(xué)的進(jìn)步和電力電子變流技術(shù)、電磁和超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的發(fā)展。這一儲(chǔ)能方式的原理是在電能富裕時(shí)由電能驅(qū)動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能變?yōu)轱w輪的動(dòng)能。由于使用了磁懸浮軸承，使飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)的損耗極低；當(dāng)需要電能輸出時(shí)在由飛輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出有功。飛輪的功率密度和能量密度可以滿足級(jí)功率輸出數(shù)小時(shí)，因此可以用于電網(wǎng)調(diào)峰、功率平滑、頻率控制、不間斷電源等用途，值得稱道的是它的轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到以上口，循環(huán)壽命長(zhǎng)、無污染、維護(hù)簡(jiǎn)單、配置方案靈活易行。因此飛輪儲(chǔ)能技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注和研究，許多公司也推出了系列產(chǎn)品。隨著飛輪的大型化和高速度發(fā)展趨勢(shì)，未來飛輪儲(chǔ)能方式有著廣闊的發(fā)展空間。、電磁儲(chǔ)能技術(shù)電磁儲(chǔ)能的主要形式是超導(dǎo)儲(chǔ)能，這種儲(chǔ)能方式利用超導(dǎo)體制成的線圈存儲(chǔ)磁場(chǎng)能量，需要能量輸出時(shí)直接由磁能轉(zhuǎn)換為電能輸出。這一儲(chǔ)能方法的轉(zhuǎn)換過程只有電能和磁能的直接變換，因此能量損耗非常低，這個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量利用效率非常高。并且能量釋放速度快，功率密度都比較大。目前國(guó)際上己經(jīng)有級(jí)級(jí)超導(dǎo)儲(chǔ)能設(shè)備投入運(yùn)行。它可以為電網(wǎng)提供電壓支撐、頻率調(diào)節(jié)、功率平衡、穩(wěn)定電網(wǎng)系統(tǒng)等作用。超導(dǎo)儲(chǔ)能有著良好的性能特點(diǎn)和轉(zhuǎn)化效率，但是大容量?jī)?chǔ)能的成本比較高。隨著該技術(shù)研究進(jìn)一步的深入，其性能將更加完善并且成本也進(jìn)一步降低，會(huì)有更好的應(yīng)用前景。、超級(jí)電容器儲(chǔ)能超級(jí)電容器乂叫做電化學(xué)雙層電容器，功率密度高,能夠提供強(qiáng)大的脈沖功率，充電時(shí)電極表面處于理想極化狀態(tài)，電荷吸引電解質(zhì)溶液中的異性離子覆于電極表面形成雙電荷層，構(gòu)成雙電層電容。由于電極的特殊結(jié)構(gòu)以及微小的層間距，使得電極表面積大大增加，所以電容量也變得很大。超級(jí)電容不僅能量密度高，而且循環(huán)壽命長(zhǎng)、能量損失小、轉(zhuǎn)換過程中沒有經(jīng)過其他能量形式，可靠性高、維護(hù)量小，這些優(yōu)點(diǎn)使得超級(jí)電容的應(yīng)用和研究已經(jīng)非常廣泛。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，超級(jí)電容技術(shù)日趨成熟，己經(jīng)可以達(dá)到數(shù)百的輸出輸入能力。目前超級(jí)電容已經(jīng)應(yīng)用于電動(dòng)汽車儲(chǔ)能、大功率電機(jī)啟動(dòng)支撐與再生制動(dòng)儲(chǔ)能等方面，并且電力系統(tǒng)領(lǐng)域也在進(jìn)行改善電能質(zhì)量提高可再生能源供電可靠性等方面的研究。、電池儲(chǔ)能電池儲(chǔ)能已經(jīng)存在了很長(zhǎng)時(shí)間，比如鉛酸蓄電池、銀氫電池、銀鎘電池、鋰電池等這些電池形式都是我們身邊常見的。雖然電池的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，但是傳統(tǒng)電池的性能和壽命還是有待于進(jìn)一步的研究改善。最近幾年出現(xiàn)的新型電池吸引了大量關(guān)注，鈉硫電池和銳流電池最為代表具有較大的能量密度和功率密度。放電深度更深、循環(huán)壽命長(zhǎng)、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，己經(jīng)顯現(xiàn)出未來應(yīng)用的巨大優(yōu)勢(shì)。表常見儲(chǔ)能技術(shù)及其應(yīng)用方向分類儲(chǔ)能技術(shù)比能量()循環(huán)次數(shù)效率()響應(yīng)時(shí)間機(jī)械儲(chǔ)能抽水蓄能壓縮空氣儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能>電磁儲(chǔ)能超導(dǎo)儲(chǔ)能>超級(jí)電容儲(chǔ)能>電化學(xué)儲(chǔ)能鉛酸電池鈉硫電池全銳液流電池儲(chǔ)能技術(shù)在風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用隨著我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的迅速發(fā)展，許多大型風(fēng)電場(chǎng)先后建成。由于大型風(fēng)電場(chǎng)大多處于我國(guó)西部電力負(fù)荷較小的區(qū)域，因此大型風(fēng)電場(chǎng)必須將富余的電能通過電網(wǎng)輸送到東部沿海用電的負(fù)荷中心。然而風(fēng)能是一種間歇性、隨機(jī)波動(dòng)的能源,大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)后，其輸出功率的波動(dòng)將會(huì)給整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性帶來負(fù)面的影響。特別是當(dāng)風(fēng)電所占比重過大時(shí)，會(huì)使電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻壓力增大。如果采取限制風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)比重的方式將會(huì)極大的減小風(fēng)能的利用率，阻礙風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)技術(shù)和能力有限，因此最好的辦法就是利用儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)節(jié)大型并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)的功率輸出，為電網(wǎng)提供穩(wěn)定可靠的電能。儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用于平滑風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的波動(dòng)，使得風(fēng)電場(chǎng)可以作為可調(diào)度的機(jī)組運(yùn)行，而且可以為電力系統(tǒng)提供頻率控制和快速的功率響應(yīng)等其它輔助功能。此外，風(fēng)電場(chǎng)通過儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)存轉(zhuǎn)換，不僅可以提高風(fēng)電場(chǎng)輸出電能的質(zhì)量，而且可以增加風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而提高風(fēng)電場(chǎng)在電力市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電事業(yè)快速發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電由于受風(fēng)速和地理等自然條件的影響不能持續(xù)穩(wěn)定的輸出，因此導(dǎo)致電力系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性受到影響，并且風(fēng)力發(fā)電很難跟蹤負(fù)荷的變化。所以,如果在風(fēng)電場(chǎng)配置一定容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)，將對(duì)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性起到非常重要的作用，其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面口口：、增強(qiáng)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠快速的吸收和釋放有功功率和無功功率，平滑風(fēng)電場(chǎng)輸出功率波動(dòng)，改善系統(tǒng)的有功功率、無功功率的平衡,增強(qiáng)穩(wěn)定性。、保證風(fēng)電場(chǎng)持續(xù)可靠的供電。當(dāng)外界環(huán)境或者條件發(fā)生較快變化時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)往往不能穩(wěn)定的輸出電能，此時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)的電能可以起到一定的功率支撐作用，用以保證對(duì)電網(wǎng)持續(xù)、可靠的供電。、利用儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化風(fēng)電運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠有效的解決風(fēng)力發(fā)電波動(dòng)性對(duì)電力系統(tǒng)備用容量增加的要求，改善電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。特別是在我國(guó)電力市場(chǎng)實(shí)施峰谷電價(jià)的情況下，利用儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)電能在時(shí)間軸上的平移，優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。適用于風(fēng)力發(fā)電儲(chǔ)能的技術(shù)及特點(diǎn)在各種儲(chǔ)能技術(shù)具有不同的特性，使用的場(chǎng)合也不同。用于電力系統(tǒng)儲(chǔ)能的裝置根據(jù)其作用不同可大致歸為三類：穩(wěn)定電能質(zhì)量（秒級(jí)或更少，保證電能質(zhì)量穩(wěn)定）；平滑功率（秒級(jí)至分鐘級(jí)，保證連續(xù)可靠的功率輸出）；能量調(diào)度和管理（數(shù)分鐘到小時(shí)甚至更長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，能量備用）。在儲(chǔ)能方式的選擇上,除了根據(jù)能量功率特點(diǎn)是否適合外，還要考慮的重要因素就是成本。為了解決風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率因自然條件變化而發(fā)生波動(dòng)的問題，需要結(jié)合風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特性選擇合適的儲(chǔ)能方式，這里我們要考慮用于平滑功率輸出、能夠協(xié)助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)一定規(guī)模能量調(diào)度的儲(chǔ)能方式。因此總體考慮能夠滿足風(fēng)電場(chǎng)需求，而且不受環(huán)境因素制約，能夠靈活方便的安裝調(diào)試。通過對(duì)之前各種儲(chǔ)能技術(shù)的了解，超級(jí)電容儲(chǔ)能具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、能量損失小等優(yōu)點(diǎn)，因此本文選擇超級(jí)電容器儲(chǔ)能模型進(jìn)行研究。本章小結(jié)本章首先介紹了雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理及其特點(diǎn)，給出了雙饋發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)化功率輸出函數(shù)關(guān)系；其次介紹了各種儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)以及在電力系統(tǒng)應(yīng)用情況，最后根據(jù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的要求選擇合適的儲(chǔ)能方式進(jìn)行研究，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有轉(zhuǎn)速范圍大，響應(yīng)速度快，風(fēng)能捕獲效率高，有功功率和無功功率控制靈活，運(yùn)行成本低等各種優(yōu)點(diǎn)，使其成為現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電的主流機(jī)型。、為了研究的方便，忽略其他影響風(fēng)電機(jī)組的功率輸出的因素，給出了雙饋機(jī)風(fēng)速功率輸出的簡(jiǎn)化函數(shù)關(guān)系，忽略尾流效應(yīng)等因素，將風(fēng)電場(chǎng)總的輸出功率等效為單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的輸出功率。、結(jié)合各種儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)及風(fēng)力發(fā)電的需求，本文采用超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)下文仿真模型進(jìn)行研究。第章風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)配置方式配置方式分類給風(fēng)電場(chǎng)配置一定規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以平抑風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的波動(dòng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置方式通常有種。()集中配置，在整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)出口母線處集中安裝儲(chǔ)能系統(tǒng)。()分布配置，在每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵(lì)磁直流環(huán)節(jié)單獨(dú)配置儲(chǔ)能系統(tǒng)或者是在每臺(tái)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端配置儲(chǔ)能系統(tǒng)。圖和分別給出了這兩種種儲(chǔ)能配置方式的示意圖。圖分布儲(chǔ)能配置方式圖集中儲(chǔ)能配置方式方式()是在原有的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵(lì)磁背靠背變流器的直流環(huán)節(jié)加入儲(chǔ)能系統(tǒng)。該配置方式以調(diào)節(jié)單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率為目標(biāo)，通過對(duì)風(fēng)電場(chǎng)各臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率進(jìn)行平抑，從而達(dá)到對(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的平抑。該方式由于利用了雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)原有的網(wǎng)側(cè)變流器，所以無需為連接儲(chǔ)能系統(tǒng)而額外的配置功率變換器，但此時(shí)會(huì)改變網(wǎng)側(cè)變流器原有的控制方式，增大了雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制復(fù)雜度和可靠度。給雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)配置儲(chǔ)能系統(tǒng)還有另外一種方式，即在雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端利用變換器連接儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過對(duì)變換器的功率解耦控制實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電機(jī)的輸出功率的平滑控制，此方式由于加裝了額外的功率變換器，因此無需改變雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式，采用了獨(dú)立的儲(chǔ)能控制系統(tǒng)，控制更加方便和靈活。方式（）是在風(fēng)電場(chǎng)出口母線處，配置一個(gè)獨(dú)立的儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。這種方式是從整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的角度出發(fā)，采用集中配置儲(chǔ)能系統(tǒng)來控制和調(diào)節(jié)風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)功率。從理論上分析，以上兩種儲(chǔ)能系統(tǒng)配置方式均可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的控制和調(diào)節(jié)，但是我們由第二章的分析可知，由于超級(jí)電容器隨著容量的增加成本較高，且集中式儲(chǔ)能需要儲(chǔ)能元件具有一定的容量，因此，超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)多用于分布式儲(chǔ)能方式。分布式儲(chǔ)能方式目前主流的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)和直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在兩側(cè)變流器之間都含有直流環(huán)節(jié)，因此可以將超級(jí)電容器通過雙向直流變換器連接在直流母線上。當(dāng)風(fēng)速下降輸出功率不足以滿足電網(wǎng)恒功要求時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)向直流側(cè)輸出功率，然后經(jīng)網(wǎng)側(cè)變流器輸送給電網(wǎng)，使功率保守恒定，實(shí)現(xiàn)功率的平滑輸出；當(dāng)風(fēng)速上升時(shí),風(fēng)力機(jī)吸收的功率超過了電網(wǎng)恒功的需求，可以將多余的能量傳送到直流側(cè)，由儲(chǔ)能系統(tǒng)吸收，即實(shí)現(xiàn)了恒功率輸出，乂節(jié)約了能源。這就是儲(chǔ)能系統(tǒng)并聯(lián)在直流側(cè)的工作原理。雙向直流變換器控制模型為了實(shí)現(xiàn)能量在超級(jí)電容和電機(jī)直流側(cè)的雙向流動(dòng)，需要配置雙向直流變換器。目前各類雙向直流變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)繁多，依據(jù)其是否隔離分為隔離型和非隔離型兩種，非隔離型的器件較少，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比較適合超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)。這里選擇應(yīng)用較為廣泛的雙向直流變換器。變換器低壓側(cè)接超級(jí)電容，高壓側(cè)接

風(fēng)力發(fā)電機(jī)直流側(cè)，如圖所示。圖雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)直流側(cè)并聯(lián)超級(jí)電容超級(jí)電圖雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)直流側(cè)并聯(lián)超級(jí)電容超級(jí)電容器組雙向直流變換器由升壓電路和降壓電流反并聯(lián)而成，下面分別討論電感電流連續(xù)時(shí)的工作過程。在工作模式下，與開關(guān)狀態(tài)相反，等效為二極管，拓?fù)淙缦聢D所示。在升壓模式下，在導(dǎo)通時(shí)，電源向電感充電，，。=0,電容C衣給供電，U。電壓下降；當(dāng)關(guān)斷時(shí)，＞。=上對(duì)充電，U。電壓上升。在工作模式下，等效為二極管，當(dāng)導(dǎo)通時(shí)，，。=小電感反向充電；當(dāng)關(guān)斷時(shí)二極管續(xù)流，i。為。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示。

ioY—CdcUo圖降壓電路拓補(bǔ)Uo雙向直流變換器平均功率控制策略由于風(fēng)速的不穩(wěn)定性，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率也在不斷變化，這里儲(chǔ)能裝置的充放電狀態(tài)的控制需要依靠雙向直流變換器的兩個(gè)的觸發(fā)信號(hào)來實(shí)現(xiàn)，而控制兩個(gè)觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)要與風(fēng)力發(fā)電機(jī)在該時(shí)刻的輸出功率來決定，在這里提出一種基于分段平均功率比較控制的控制策略：在平均功率控制策略中，我們將一段時(shí)間內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率分解為幾個(gè)不同的時(shí)間段，分別求出每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率的平均值作為該時(shí)段風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率參考值尸壯，再分別將每一時(shí)刻的輸出功率與匕/進(jìn)行比較，確定兩個(gè)觸發(fā)器的導(dǎo)通與關(guān)斷，以下是該種平均功率控制策略的具體步驟：、設(shè)置比較步長(zhǎng)s=L,其中，為仿真時(shí)間，即將給定的仿真時(shí)間分成相等的n〃個(gè)小區(qū)間。、計(jì)算該區(qū)間內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率的平均值作為每一區(qū)間段的參考功率，即00=]P⑴山。、將實(shí)際的風(fēng)機(jī)的輸出功率尸與該段時(shí)間對(duì)應(yīng)的戶”進(jìn)行比較，若P〉P.則超級(jí)電容器應(yīng)工作在充電狀態(tài)，此時(shí)/G87；導(dǎo)通，/GBG關(guān)斷，電路為降壓電路拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)。、若夕〈尸政，則超級(jí)電容器應(yīng)工作在放電狀態(tài)，此時(shí)/GBT:導(dǎo)通，/G87；關(guān)斷，電路為升壓電路拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)。、當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)發(fā)生后，繼續(xù)載入下一時(shí)刻實(shí)際輸出功率的值，并判斷該輸出功率的時(shí)間是否仍在上一功率參考值P寸的區(qū)間內(nèi)。若是，則不改變尸幻的值并進(jìn)行比較，若不是，則返回步驟()重新進(jìn)行P4的計(jì)算與設(shè)定。以上控制策略原理是將整個(gè)時(shí)間段的輸出功率分成若干的等時(shí)間區(qū)間，并通過比較每一時(shí)刻的實(shí)際輸出功率與該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的輸出功率的參考值來確定雙向直流變換器的工作狀態(tài)，既能保證兩個(gè)導(dǎo)通關(guān)斷的可靠性，乂能保證輸出功率的平滑性與連續(xù)性，因此可以用于儲(chǔ)能裝置接入風(fēng)力發(fā)電的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中。第章超級(jí)電容器儲(chǔ)能原理及建模風(fēng)力機(jī)建模風(fēng)力機(jī)作為能量轉(zhuǎn)換的重要部件，是整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)需要首先考慮的部分。而風(fēng)力機(jī)是靠吸收自然界的風(fēng)能來驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作的。因此，在建立風(fēng)力機(jī)模型之前木文首先建立模擬自然風(fēng)的風(fēng)速模型。風(fēng)速數(shù)學(xué)模型為了盡可能的描述自然風(fēng)的的特點(diǎn)，一般認(rèn)為自然風(fēng)由基本風(fēng)、陣風(fēng)、階躍風(fēng)以及隨機(jī)風(fēng)個(gè)部分組成門□。可用如下公式表示：上式中各分量含義如下:匕打?yàn)榛撅L(fēng)，描述風(fēng)場(chǎng)的平均風(fēng)速，決定了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)額定輸出功率的大小。風(fēng)電場(chǎng)測(cè)風(fēng)所得的威布爾分布參數(shù)可以近似確定它的大小，一般認(rèn)為基本風(fēng)不隨時(shí)間變化，仿真中取常數(shù)。匕X為陣風(fēng)，描述風(fēng)速躍升或驟降的特性。通常，用它來測(cè)試整個(gè)系統(tǒng)在風(fēng)速大范圍變化時(shí)的動(dòng)態(tài)特性，其數(shù)學(xué)模型為：0 t<trt>t{+t2=51..F,C[-4] ()5匕max1—COs2/rL <t<t]+t2.L 2-上式中，。和G分別表示陣風(fēng)的起始時(shí)間和持續(xù)時(shí)間，匕max表示陣風(fēng)的最大風(fēng)速。匕,為漸變風(fēng)，模擬具有線性特性的風(fēng)速，其數(shù)學(xué)模型為:0 Z10 Z1<t匕max f>h()其中，匕me表示漸變風(fēng)峰值，L和%則分別表示漸變風(fēng)的起始時(shí)間和終止時(shí)間。匕“為隨機(jī)風(fēng)，描述風(fēng)速的隨機(jī)性，通常用隨機(jī)噪聲來模擬隨機(jī)風(fēng)成份。超級(jí)電容器平抑功率波動(dòng)模型風(fēng)電功率波動(dòng)平抑目標(biāo)風(fēng)電功率波動(dòng)是由風(fēng)速的隨機(jī)變化引起的，其廣泛分布在頻域的各個(gè)頻段中，不同頻率的功率波動(dòng)在并網(wǎng)后對(duì)電力系統(tǒng)的影響程度也不相同，因此分析風(fēng)電功率波動(dòng)的頻率特性，得出對(duì)電力系統(tǒng)影響較為嚴(yán)重的功率頻段，進(jìn)而確定儲(chǔ)能系統(tǒng)需要平抑的控制目標(biāo)。利用傅里葉變換可以將風(fēng)電功率波動(dòng)分解為不同頻率范圍的波動(dòng)，按變化的頻率范圍可分為三部分口：低頻區(qū)(及以下)、中頻區(qū)()及高頻區(qū)(及以上)。對(duì)于風(fēng)電功率中的高頻區(qū)這部分的分量可以被風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣量吸收；風(fēng)電功率的中頻分量由于功率變化較大，短時(shí)間內(nèi)會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重沖擊，給電力系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來隱患；低頻分量，由于其波動(dòng)比較緩慢，功率變化率較小，注入電網(wǎng)時(shí).，電力系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)電控制()可以進(jìn)行一定程度的響應(yīng)，但是考慮到傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的爬坡速度和電力系統(tǒng)有限的備用容量，有必要對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)中頻區(qū)的部分分量進(jìn)行平抑。超級(jí)電容器模型及平抑方法超級(jí)電容器是根據(jù)電化學(xué)雙電層理論研制而成的一種具有超級(jí)儲(chǔ)電能力的理想二次電源，可提供強(qiáng)大的脈沖功率，近年來引起了國(guó)內(nèi)外專家的廣泛關(guān)注。與蓄電池不同，超級(jí)電容器的充放電過程無化學(xué)反應(yīng)，只存在物理反應(yīng)，因此其性能相對(duì)而言較為穩(wěn)定。超級(jí)電容能夠快速釋放出極高的脈沖功率，充電迅速、無記憶效應(yīng)，其充放電循環(huán)壽命在十萬次以上，對(duì)環(huán)境無污染；存在的主要缺點(diǎn)是能量密度低，且成本高。超級(jí)電容在風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車及軌道交通等方面具有廣泛的應(yīng)用前景口O超級(jí)電容是一個(gè)非線性系統(tǒng)，很難建立能夠準(zhǔn)確描述其特性的模型。目前適用于超級(jí)電容的模型有：經(jīng)典模型、一階模型、三支路模型以及基于阻抗特性的模型等口。為使參數(shù)確定較為容易且不失儲(chǔ)能元件的充放電特性，本文中超級(jí)電容器組采用一階模型，如圖所示0-+-0+3,圖超級(jí)電容等效模型根據(jù)圖所設(shè)置的超級(jí)電容器模型，我們可建立式o微分方程:RC—+u0-+-0+3,圖超級(jí)電容等效模型根據(jù)圖所設(shè)置的超級(jí)電容器模型，我們可建立式o微分方程:RC—+uv=ux

dt將式()變換到域可得其傳遞函數(shù)為：將s=/24代入式()可得該傳遞函數(shù)幅頻特性和相頻特性分別為:()()該傳遞函數(shù)幅頻特性如圖所示圖幅頻特性圖像從該傳遞函數(shù)的幅頻特性可以看出，對(duì)于振幅相同的輸入信號(hào)，頻率越高的信號(hào)輸出的幅值越小，即低頻率的信號(hào)比高頻率的信號(hào)更易通過，高頻率信號(hào)得到大大的抑制。圖中，-為截止頻率，。越小，時(shí)間常數(shù)?■越大，經(jīng)處理2"后的信號(hào)頻率越低，信號(hào)越平滑。平抑風(fēng)電場(chǎng)功率波動(dòng)的目標(biāo)是剔除風(fēng)電場(chǎng)輸出功率短期的波動(dòng)，減小風(fēng)電場(chǎng)注入電網(wǎng)功率的變化率，為電網(wǎng)提供更為穩(wěn)定的功率輸出。這與信號(hào)處理中的濾波原理類似，低通濾波器通過對(duì)輸入信號(hào)的幅值進(jìn)行加減處理，使輸出信號(hào)變的更加平滑，而儲(chǔ)能系統(tǒng)是通過其充放電來改變風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的幅值，使得注入電網(wǎng)的功率更加平穩(wěn)，因此可以將經(jīng)平滑后注入電網(wǎng)的功率與設(shè)計(jì)為U：式中，丁=:A為截止頻率。2嘰在不考慮本地負(fù)荷的情況下，由功率平衡可知，整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)的功率關(guān)系為：匕=b+為 （）式中，丹為儲(chǔ)能系統(tǒng)吞吐的功率，?>。為發(fā)出功率，2<0為吸收功率。由式（）和（）得出儲(chǔ)能系統(tǒng)所需要吞吐的功率：由風(fēng)電功率波動(dòng)平抑目標(biāo)可知，儲(chǔ)能系統(tǒng)需要對(duì)風(fēng)電功率波動(dòng)中頻區(qū)的部分分量進(jìn)行平抑，因此，超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的截止頻率。應(yīng)取，當(dāng)。時(shí)，，，當(dāng)。時(shí)，…下面我們用該常數(shù)對(duì)超級(jí)電容器平抑功率波動(dòng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。本章小結(jié)本章結(jié)合超級(jí)電容器特點(diǎn)，介紹了超級(jí)電容器的工作原理，并根據(jù)超級(jí)電容器的工作原理建立了超級(jí)電容器的一階模型，求出其傳遞函數(shù)。將建立的超級(jí)電容器模型加到模擬出的風(fēng)力發(fā)電機(jī)中進(jìn)行仿真，通過對(duì)仿真的波形進(jìn)行分析，得出時(shí)間常數(shù)7與平抑功率波動(dòng)的作用效果和對(duì)超級(jí)電容器容量要求的關(guān)系，最后針對(duì)本文的算例，給出了在本文的發(fā)電系統(tǒng)中時(shí)間常數(shù)「的最優(yōu)值，并對(duì)此進(jìn)行驗(yàn)證。從本章的仿真波形來看，可以證明超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)在平抑功率波動(dòng)方面就有良好的效果。第章超級(jí)電容器在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用仿真仿真內(nèi)容概述本章將在前面章節(jié)介紹的基礎(chǔ)上對(duì)算例進(jìn)行仿真分析，主要根據(jù)第三章介紹的雙向直流電路建立仿真模型，分別分析雙向直流電路工作在升壓狀態(tài)和降壓狀態(tài)時(shí)的等效電路，并建立相應(yīng)的仿真模型觀察其在兩種工作狀態(tài)時(shí)的電壓電流的變化；根據(jù)第二章介紹的雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理及功率曲線，建立風(fēng)速模型和風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型，模擬其輸出功率；根據(jù)第四章介紹的超級(jí)電容器的模型,對(duì)超級(jí)電容器接入風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行仿真，并根據(jù)該案例的仿真圖像對(duì)超級(jí)電容器的容量參數(shù)進(jìn)行分析。仿真軟件的概述是一門準(zhǔn)確度特別高的科學(xué)技術(shù)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言課程，它將數(shù)字計(jì)算、可視化和編程結(jié)合起來放在一個(gè)特別方便應(yīng)用的平臺(tái)中。在上面的平臺(tái)中，使用者能夠用平常容易認(rèn)識(shí)的數(shù)學(xué)符號(hào)用另一種方式表示出問題的提出和解決，仿真軟件的有下面幾種典型的使用模式：()數(shù)學(xué)的各種計(jì)算。()運(yùn)算法則()建模和仿真()數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)研究和可視化()科學(xué)工程圖形()應(yīng)用程序開發(fā)，包括創(chuàng)建圖形用戶接口。能夠準(zhǔn)確、快速的解決具有特定應(yīng)用問題的程序組是的一個(gè)汴常重要的特征之一，意思就是指(工具箱)，這些工具箱包括：信號(hào)處理方面的工具箱、控制系統(tǒng)方面的工具箱、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方面的工具箱、模糊邏輯方面的」二具箱、方面的工具箱、通信方面的工具箱和數(shù)據(jù)采集方面的工具箱等許多專用工具箱，這款軟件主要由主程序、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真和工具箱三大部分組成。軟件明顯的特點(diǎn)有編程效率快、計(jì)算能力強(qiáng)、使用簡(jiǎn)單。及的仿真基礎(chǔ)于世紀(jì)年代初有公司開發(fā)，是環(huán)境下對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包。給用戶提供清晰的圖形界面，用戶很方便的拿鼠標(biāo)來進(jìn)行操作，標(biāo)準(zhǔn)模塊可以從模塊庫(kù)中被調(diào)用出來，將需要的標(biāo)準(zhǔn)模塊準(zhǔn)確的連接起來就可以構(gòu)成用戶所希望的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，雙擊每個(gè)模塊找到各自的參數(shù)對(duì)話框圖來設(shè)置系統(tǒng)中每個(gè)模塊的參數(shù)。設(shè)置完系統(tǒng)中所有的模塊參數(shù)以后，一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型就建立起來了。假如其中一個(gè)模塊沒來的急進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，這種情況就說明此時(shí)這個(gè)系統(tǒng)中的這個(gè)模塊使用的參數(shù)是中原先給這這個(gè)模塊設(shè)置的參數(shù)，即為默認(rèn)參數(shù)值。模塊庫(kù)中有非常豐富的模塊。除包括輸入信號(hào)源()模塊庫(kù)、輸出接收()模塊庫(kù)、連續(xù)()系統(tǒng)模塊庫(kù)、離散()系統(tǒng)模塊庫(kù)、數(shù)學(xué)運(yùn)算()模塊庫(kù)等許多標(biāo)準(zhǔn)模塊外，用戶還可以自定義和創(chuàng)建模塊。仿真模型的基本特點(diǎn)可歸納如下：()里提供了許多(示波器)的接收模塊，這里用進(jìn)行仿真，具有像做實(shí)驗(yàn)一般的圖形化顯示效果。()的模型具有層次性，通過底層子系統(tǒng)可以構(gòu)建上層母系統(tǒng)。()提供了對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行封裝的功能,用戶可以自定義子系統(tǒng)的圖標(biāo)和設(shè)置參數(shù)對(duì)話框。啟動(dòng)后，建模仿真就可以在中實(shí)現(xiàn)。建模仿真的主要步驟包括：()首先將一個(gè)空白的預(yù)設(shè)窗口打開。()開始對(duì)于模塊庫(kù)界面進(jìn)行瀏覽，對(duì)于系統(tǒng)中所需要的模塊應(yīng)該從模塊庫(kù)中用鼠標(biāo)拖放到編輯窗中相應(yīng)的位置。完整的操作過程是：將鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)選中系統(tǒng)中所需要的模塊，隨后將那個(gè)模塊拖動(dòng)至需要?jiǎng)?chuàng)建仿真模型的窗口里，最后將鼠標(biāo)松開，此時(shí)創(chuàng)建仿真模型的窗口中就出現(xiàn)了系統(tǒng)所必須的模塊。()根據(jù)系統(tǒng)圖所要求的參數(shù)來改變繪制模型窗口中模塊的參數(shù)。在軟件中的平臺(tái)下繪制模塊圖，如果不改變參數(shù)的話，此處系統(tǒng)中繪出的模塊只能是默認(rèn)的參數(shù)，為了使用戶的特定需求得到滿足，此時(shí)必須重新設(shè)置模塊的參數(shù)。當(dāng)用戶重新設(shè)置模塊參數(shù)時(shí)，首先用鼠標(biāo)左鍵對(duì)模塊進(jìn)行雙擊，將模塊的參數(shù)對(duì)話框快速的打開。從用戶新打開的設(shè)置參數(shù)對(duì)話框可以了解很多，一方面能夠清楚地看到模塊中每項(xiàng)默認(rèn)參數(shù)，另一方面按照系統(tǒng)要求來重新設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)。()根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)模型的要求，對(duì)于各個(gè)模塊框圖按要求適當(dāng)?shù)倪B接起來。()將需要輸出的變量與示波器連接起來，用菜單或者選擇命令窗口中的開始鍵開始仿真，當(dāng)仿真結(jié)束后，點(diǎn)開示波器仔細(xì)的觀察仿真結(jié)果，看是否與理論上相一致，如果不一致的話，馬上停止仿真，檢查各個(gè)模塊參數(shù)設(shè)置是否正確。在電力系統(tǒng)的建模與仿真應(yīng)用電力系統(tǒng)一般由發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路和電力負(fù)荷構(gòu)成。電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型一般是由電力系統(tǒng)器件的數(shù)學(xué)模型組合構(gòu)成。在軟件中，提供了函數(shù)作為短路模型的結(jié)構(gòu)分析函數(shù)，可以利用函數(shù)將電力系統(tǒng)的電路圖模型向狀態(tài)方程模型和傳遞函數(shù)模型進(jìn)行變換。電力專家們?cè)谥械呢暙I(xiàn)在于構(gòu)建電力系統(tǒng)分析用到的上百個(gè)交互式庫(kù)函數(shù)，如用語(yǔ)言編制的*文件，將電力系統(tǒng)分析模塊與連接起來。電力系統(tǒng)仿真工具箱包括電源模塊、電力元件模塊庫(kù)、電力電子元器件模塊庫(kù)、電動(dòng)機(jī)模塊庫(kù)、測(cè)量模塊庫(kù)、應(yīng)用模塊庫(kù)、特別模塊庫(kù)以及電氣系統(tǒng)仿真分析的圖形用戶接口。的圖形界面具有直觀簡(jiǎn)單的特征，能夠描述許多用語(yǔ)言難以表達(dá)的信息，可以加快建模速度，提高仿真精度和仿真效率。雙向直流變換器的仿真在中采用仿真軟件對(duì)雙向直流變換電路進(jìn)行仿真，這里我們分別模擬升壓電路和降壓電路的運(yùn)行特性升壓電路仿真分析當(dāng)雙向直流電路工作在狀態(tài)時(shí)，超級(jí)電容器處于放電狀態(tài)，此時(shí)我們可以將電容儲(chǔ)能元件等效為直流電源，而將電網(wǎng)直流側(cè)等效為負(fù)載，電路工作情況類似于升壓斬波電路，下面我們對(duì)升壓斬波電路進(jìn)行仿真分析。直流升壓斬波電路仿真模型如圖所示，直流電源電壓為，負(fù)載為帶有電容濾波的電阻負(fù)載，電阻為。，濾波電容為/加，開關(guān)管采用為模型，驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率為，占空比為。

圖直流升壓斬波電路仿真模型該模型仿真時(shí)間為，電路大約在時(shí)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，儲(chǔ)能電容器開始向電網(wǎng)直流側(cè)供電。當(dāng)管關(guān)斷時(shí)，直流電源通過二極管給負(fù)載供電，負(fù)載電壓開始升高；當(dāng)管導(dǎo)通時(shí)，直流電源側(cè)被短路，只通過電感流通，而負(fù)載側(cè)的負(fù)載進(jìn)入放電狀態(tài)，從圖中的仿真圖像可以看出負(fù)載側(cè)的電壓的有效值比直流側(cè)的電壓高，因此叫升壓電路，其中，負(fù)載側(cè)電壓的有效值應(yīng)為：TU=-E ()a在上述式子中，丁為管觸發(fā)信號(hào)的周期，。為占空比。降壓電路仿真分析當(dāng)雙向直流電路工作在狀態(tài)時(shí)，超級(jí)電容器處于充電狀態(tài)，此時(shí)我們可以將電容儲(chǔ)能元件等效為負(fù)載，而將電網(wǎng)直流側(cè)等效為直流電源，電路工作情況類似于降壓斬波電路，下面我們對(duì)降壓斬波電路進(jìn)行仿真分析。直流降壓斬波電路仿真模型如圖所示，直流電源電壓為，負(fù)載為電阻電感反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載，電阻為O,電感為〃7”，反電動(dòng)勢(shì)為。開關(guān)采用為模型，驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率為，占空比為。 日 「日【G8T 電就 手談融圖直流降東電路仿真模型仿真波形如圖、圖所示

圖直流降壓斬波電路負(fù)載電流該模型仿真時(shí)間為，電路大約在時(shí)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，電網(wǎng)側(cè)開始向儲(chǔ)能電容器測(cè)充電。當(dāng)管導(dǎo)通時(shí)，直流電流源給負(fù)教供電，負(fù)載側(cè)電壓升高；當(dāng)管斷開時(shí)，直流電源側(cè)斷路，負(fù)載側(cè)的負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)通過續(xù)流二極管向外放電，是負(fù)載側(cè)的電壓降低，從圖中的仿真圖像可以看出，負(fù)載側(cè)電壓的有效值比直流電源電壓低，因此該電路為降壓電路。其中，負(fù)載側(cè)的有效值為：U=-E ()T在上述式子中，丁為管觸發(fā)信號(hào)的周期，。為占空比。風(fēng)速模型仿真我們由前文可知，自然界的風(fēng)主要由自然風(fēng)山基本風(fēng)、陣風(fēng)、階躍風(fēng)以及隨機(jī)風(fēng)個(gè)部分組成，且風(fēng)速的形式可以由式()()所表示，因此，我們可以根據(jù)上述式子，在中搭建如下仿真模型，如圖所示：圖風(fēng)速仿真模型在上述的風(fēng)速仿真實(shí)驗(yàn)中，本文設(shè)置基本風(fēng)速為8帆/一陣風(fēng)的起始時(shí)間和持續(xù)時(shí)間分別為3s和6s,漸變風(fēng)的起始終止時(shí)間則分別為4s和Us,峰值為10/77/50白噪聲模擬的隨機(jī)風(fēng)采樣時(shí)間為0.1S。仿真時(shí)間設(shè)置為12s,仿真的結(jié)果如圖所示。

圖風(fēng)速的仿真結(jié)果圖顯示，風(fēng)速模型的仿真輸出很好的模擬了自然風(fēng)的四個(gè)基本組成成份?；撅L(fēng)速在8〃?/s,有風(fēng)速的躍升和驟降，也有風(fēng)速隨機(jī)變化的特點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率模型仿真本文第二章詳細(xì)介紹了雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的原理和風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率隨時(shí)間變化的曲線（如圖所示），因此，我們根據(jù)式O建立在該風(fēng)速下風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率的仿真模型，如圖所示。圖風(fēng)力發(fā)電機(jī)仿真模型在上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型中，本文設(shè)置風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定功率為3（?卬，風(fēng)機(jī)切入風(fēng)速、切出風(fēng)速分別為10〃"s、20m/so用該模型風(fēng)機(jī)對(duì)所模擬的風(fēng)速進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖所示。

圖風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率仿真模型圖顯示，該風(fēng)力發(fā)電機(jī)在的仿真時(shí)間里，完整的集合了零出力、欠出力和額定出力三種風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，符合風(fēng)力機(jī)的輸出特點(diǎn)，下文我們將使用超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)該風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率進(jìn)行平抑仿真。超級(jí)電容器平抑功率波動(dòng)仿真我們結(jié)合風(fēng)力機(jī)輸出功率模型，并在其后加上超級(jí)電容器儲(chǔ)能元件，在中搭建仿真模型。如圖所示。Tfarmer圖超級(jí)電容器儲(chǔ)能仿真模型

在圖中，“，，和“，，是子程序仿真模塊，分別是圖風(fēng)速仿真模型和圖風(fēng)力機(jī)輸出功率仿真模型；示波器顯示的是經(jīng)儲(chǔ)能元件平抑后的輸出功率的波形，示波

器表示電容器在平抑功率波動(dòng)過程中吞吐的功率；在這里，我們?nèi)r(shí)間常數(shù)2的值分別為和，仿真時(shí)間為。將經(jīng)過儲(chǔ)能元件平抑后的輸出功率波形和未加儲(chǔ)能元件時(shí)的輸出功率波形進(jìn)行比較，結(jié)果如圖所示：圖經(jīng)儲(chǔ)能元件平抑后輸出功率仿真圖像此時(shí)，對(duì)應(yīng)的「的值為和時(shí).，對(duì)應(yīng)的超級(jí)電容器在平抑功率波動(dòng)時(shí)的吞吐功比較圖和圖，我們可以得到如下結(jié)論：對(duì)于平抑輸出功率波動(dòng)而言，超級(jí)電容器能夠平抑輸出功率的波動(dòng)，但是它的作用效果與其電容器的時(shí)間常數(shù)有關(guān)。時(shí)間常數(shù)匯時(shí)的輸出功率的圖像比時(shí)間常數(shù)7時(shí)的輸出功率的圖像更加平滑，平抑的效果更為明顯。即時(shí)間常數(shù)，越大,輸出功率平抑的作用效果越明顯。對(duì)于超極電容器本身而言，當(dāng)2時(shí)流入超級(jí)電容器內(nèi)的功率比T時(shí)流入超級(jí)電容器內(nèi)的功率小，換言之，7時(shí).，需要的超級(jí)電容器的容量比T時(shí)需要的超級(jí)電容器的容量大。即時(shí)間常數(shù)/越大，流入儲(chǔ)能元件中的功率越多?；谝陨蟽蓚€(gè)時(shí)間常數(shù)的比較分析來看，若想更好地平抑功率波動(dòng)，我們需要將時(shí)間常數(shù)7設(shè)置的越大越好，這樣輸出的功率會(huì)月平滑；但是，時(shí)間常數(shù)，越大，在儲(chǔ)能過程中注入電容器中的功率就越多，所需要的電容器的容量就越大,電容器的建造成本就越高。因此，我們?cè)谶x擇電容器的時(shí)間常數(shù)7時(shí);需要綜合考慮。在本文中，以本文風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例，綜合以上兩種因素的限制，經(jīng)過各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較，我們?nèi)r(shí)間常數(shù)最優(yōu)值「，此時(shí)仿真圖像如圖、所示：圖7=2時(shí)輸出功率圖像r=2電容器吞吐功率圖像如圖所示:圖r=2時(shí)電容器吞吐功率由圖和圖我們可以看出，z=2時(shí)電容器可以對(duì)輸出功率波動(dòng)產(chǎn)生較好的平抑效果，而且由圖可以看出，在丁=2時(shí)，流入電容器的最大功率大約為，完全在超級(jí)電容器容量承受范圍之內(nèi)，因此，在本文的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，讓時(shí)間常數(shù)r=2,可以較好的平抑輸出功率波動(dòng)，提高電