超级电容器抑制风能随机波动的建模和预测控制方法研究

风能等可再生能源的开发与利用越来越受到各国的重视,如何高效利用可再生能源成为了一个重要课题。鉴于超级电容的诸多优点,超级电容器储能系统正被广泛的应用于风能等可再生能源发电系统中,用以解决可再生能源电能输出固有的随机波动问题。论文主要包含以下几个部分内容： 1.介绍了风能等可再生能源的发展历史、国内外应用现状及发展潜力；讨论了储能系统的种类及发展状况,并阐述了目前储能系统常用的控制策略。 2.介绍了风能利用理论,讨论了提高系统运行效率及最大风能捕获的方法。变速恒频发电系统作为一种新型的发电技术,是捕获高质量风能的有效途径。本文分析了风力机和双馈电机的数学理论,讨论了双馈感应发电机(Double-Fed Induction Generator,DFIG)的运行原理和等值电路,构建了基于DFIG的风力发电系统模型。 3.介绍了超级电容储能系统的工作原理与发展历程,分析了其性能优缺点及应用场合。给出了超级电容器的等效电路模型,阐述了超级电容器交流并网储能系统中双向DC/DC、DC/AC变流器的结构和性能,并搭建了超级电容器交流并网储能系统。 4.对超级电容器储能系统中的DC/DC变换器和DC/AC变流器进行控制策略实现,主要包括DC/DC变换器的双闭环PI控制策略,以及基于切换系统多步预测控制的三相DC/AC变流器控制策略。由于DC/DC变换器的模型相对简单,本文采用了传统的双闭环PI控制策略,并进行仿真实现。对于三相DC/AC变流器,通过分析其结构和工作原理可知,其工作状态实际上只在确定的7种状态之间切换产生,由此构造了三相DC/AC变流器的切换系统模型；并引入了基于切换系统模型的多步预测控制方法,以进行DC/AC变流器的有效控制；为减小计算量和改善稳态性能,提出了离线计算与在线校正相结合的策略。最后,对该控制策略进行仿真实现,并与目前应用较多的变流器双闭环PI控制策略进行比较,验证了本方法的有效性。