关键字 |
| 超级电容的直接集成,双逆变器、储能接口和非整数的电压比。 |
介绍 |
| 全球变暖,世界上最重要的环境问题产生,必须考虑。为了防止这些恐惧的实现,我们知道,利用可再生能源已成为非常有用的排放温室效应气体(二氧化碳、氮氧化物、袜等)。然而,生成的权力总是波动由于环境状态。为了促进可再生能源和补偿波动的力量,虽然能源存储系统是有效的,一个必须解决的问题,包括那些与效率、经济和环境。近年来,短期电力交换利用超级电容正积极追求大规模的风力发电系统明显显示各种技术在文学。这些技术可以分成两个主要的类,看着意味着超级电容广场测量连接到风力发电系统。在最初的类,超级电容广场测量连接到中间直流环节的连续转换器系统如图1所示(a)和(b)。尽管直接关系图1所示(一个)是最简单的,它可能是麻烦,敦促最超级电容的使用义务的银行由于直流环节电压限制grid-side电气转换器。的影响这一问题,否则会降低如果副学位之间的中间直流-直流转换器放置超电容器和直流环节如图1所示(b) [10], [11]。这个电源转换器具有双向功率流能力,因此需要至少2快换设备额定峰值功率。此外,低通滤波器(LPF),组成一个电感器和电容器,降解动态响应[12]。 Therefore, the interfacing dc– dc converter increases the system cost, power losses, and complexity. In the second category, the common ac bus is used for power exchange, as shown in Fig. 1(c), and it requires an additional dc–dc converter, a dc–ac inverter, and a coupling transformer [13]. Therefore, in both cases, these additional converters essentially increase the overall cost and power losses, which would be absent if a direct integration scheme with full controllability is available. |
| 因此本文提出了一种直接集成方案超级电容grid-side逆变器的使用。提出的逆变器系统是图1所示(d),它是由两个二级级联逆变器通过耦合变压器。两个逆变器命名为主逆变器和辅助逆变器。超级电容器银行是直接连接在辅助逆变器的直流环节。超电容器电压的动态行为是由逆变器控制器,消除需要一个额外的提高转换器。主逆变器是一种大功率低速逆变器运行在基本频率,产生方波输出。谐波产生的方波输出补偿的低功率高速辅助逆变器。随着大功率的逆变器运行的基本频率,它可以使用设备建造像门断开晶体闸流管(gto)发射器断开晶体闸流管(eto),或集成gate-commutated晶体闸流管(igct)。另一方面,辅助逆变器可以使用更多的常用构造设备绝缘栅双极型晶体管(igbt)。这个特定的功率和频率分裂安排有助于减少逆变器的功率损耗系统[14],[15]。 |
分析超电容器CHARGINGAND放电过程 |
| 在拟议的系统中,主要的直流环节电压逆变器和辅助逆变器允许独立和动态变化。 |
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| 结果,结合逆变器的空间矢量图需要不同的形状在不同直流环节电压比率,如图2所示。在图2,六边形由主逆变器的电压向量命名为主要六边形而形成的六边形辅助逆变器向量命名为子六边形。这个向量表示解释主逆变器和辅助逆变器的操作。 |
翻译权力分享MPPT和GENERATOR-SIDE控制器 |
| 逆变器的输出电压矢量Vr结合电压和辅助逆变器电压。下面的数学方程给出了电力、电网的电压方程,主要的逆变器和辅助逆变器。提出的等效电路系统图5所示。电路描述了输出电压矢量(Vr),逆变器电压矢量(VM),辅助逆变器电压矢量(VA),以及当前的向量(i)。输出电压矢量相结合逆变器的输出电压矢量和辅助逆变器电压矢量Eq。(1),真正的权力交付给负载可以表示为点积在Eq。(2)。此外,输出功率相当于主逆变器功率的总和和辅助逆变电源作为表达Eq。(3)情商。(4)和Eq。(5)显示逆变器电压矢量之间的关系和相应的开关状态。的帮助下这五个方程,表达式可以推导出的力量辅助逆变器,即。,the supercapacitor power, as in Eq. (6). where VM, PM, and SiM (i = 1, 2, 3) represent the main inverter voltage, power, and switching function while those of the auxiliary inverter are given by Vr, PM, and SiA(i = 1, 2, 3), respectively. Vr represents the output voltage, and Pgrid represents the real power flow to the grid. |
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| 根据(6),它可以推断,对于一个给定的输出功率,超级电容器功率随主逆变器直流母线电压直流。因此,超级电容器功率可以控制通过控制逆变器直流母线电压。此外,根据(3),对于一个给定的输出功率,主逆变器功率仅依赖于辅助逆变器电源。 |
| 因此,风力涡轮机可以间接的最大功率点跟踪主要通过改变逆变器直流母线电压。通常的做法是保持这个电压的帮助下以恒定水平可控整流器或提高整流器主逆变器和风力涡轮发电机之间放置(WTG)系统。然而,在该系统,提高整流器用于不同主逆变器直流母线电压,从而间接WTG跟踪最大功率点。这个间接的控制器框图最大功率点跟踪翻译(MPPT)是图6所示。在这个控制器,测量风速和发电机的参数模型是用来获得权力参考generator-side转换器。实际发电机功率与参考相比,误差是入一个比例积分(PI)控制器产生电压参考提高整流器。该参考电压归一化产生的调制指数提高整流器。 |
GRID-SIDE逆变器的设计 |
| 在拟议的系统中,主逆变器操作的六步模式,慢慢地从一个向量移到下一个。这从主逆变器产生方波输出得到平和的辅助逆变器。由于这种低频操作,主逆变器开关损失减少[14],[15]。辅助逆变器,它充当一个有源滤波器,在高开关频率操作利用空间矢量调制(SVM)方法。因此,整个调制的组合六步模式和SVM[16]和[17]。grid-side逆变器控制器采用内部电流控制器和外部电源控制器,如图6所示。电网电压和电流注入电网转换成同步参考系。逆变器输出电流的直接组件id控制电网的有功功率交换,而正交分量智商控制无功功率。因此,生成一个参考直流分量,generator-side的瞬时有功功率转换器通过将[6]。正交电流参考我* q设置为零功率因数在电网连接点团结。 These active and reactive current references (I*d and I*q) are then compared with actual current components, and the errors are passed through PI controllers to produce voltage references v*d and v*q, respectively. Eq. (7) and Eq. (8) are then used to calculate the amplitude and angle of the reference voltage vector. In Eq. (8), θ is the initial phase angle of the reference vector. |
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超电容器和GENERATOR-SIDE控制器的设计 |
| 功率波动的主要原因是风速的变化。因此,能量存储系统的容量也在风速变化的函数。为了分析这种关系,风模仿的和dc数量和一系列的谐波Eq。(9) [18]。在接下来的仿真,风速波动被认为是情商平均值的20%。(10)。捕获的权力从风可以表示为情商。(11)。 |
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| 其中大众是瞬时风速、Vw0平均风速,ΔVwi谐波振幅,ωi是角频率(f = 1 / T =ω/ 2π= 0.1∼10 Hz),空气的密度ρ,风力涡轮叶片的扫掠面积,和Cp功率换算系数。功率波动引起的上述风速变化必须补偿的能源存储系统。 |
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| 因此,超级电容器银行所需的能力是决定根据Esc,放电的能量从超级电容器放电期间,t1和t2的起始时间和结束时间卸货期间,分别和Vsc, H和L万顺昌的起始和结束值超级电容器电压。超级电容器表现在高频电阻(通常超过几十赫兹)[19],[20]。因此,该系统需要一个电解电容器协助超级电容器在高频率。 |
仿真结果 |
| 提出的直接集成方案已经测试了使用计算机模拟在MATLAB / SIMULINK数字仿真平台。仿真设置的原理图是图1所示(d)。图7所示的风速剖面(a),平均10 m / s的速度,20%的谐波振幅,1-Hz谐波频率是用来测试的性能提出了系统和控制策略。该系统在matlab仿真软件评价软件使用的表我参数值。 |
| 图7所示的相应变化的发电机输出(a)。输入功率显示一个大的变化范围至200千瓦。输出功率是200千瓦的平均值的一个小变化¯±5千瓦。一个简单的计算表明,相应的输入功率波动大约是66%,而输出功率波动小于8.4%。这证明了提出系统的效率在降低功率波动引起的风的变化。如第三章所述,主逆变器直流母线电压改变控制超级电容功率,从而间接翻译跟踪MPPT WTG。相应的逆变器直流母线电压和超级电容器电压变化显示在图7 (e)。根据这个图,主逆变器直流母线电压显示一个巨大的变化从400年到1200 V是远低于现代IGCT器件的上限,因此,该系统是可行的。同样,Vsc的超级电容器电压随最大,H = 800 V和Vsc的最低,L = 400 V。因此,根据(12)和(13),所需的最小电容超级电容器银行发现43.75 mF的这是一个现实的价值。 The boost converter input and outputs are shown in Fig.7. (d). the main inverter dc-link current is nearly constant due to the six-step operation of the main inverter. However, the supercapacitor current varies with the main inverter dc-link voltage owing to the pulse width modulation (PWM) operation of the auxiliary inverter. The change of the modulation index of the generator-side converter (boost rectifier) for the aforementioned wind speed profile is shown in Fig. 7 (b). The corresponding generator currents are shown in Fig. 7 (a). Similarly, the variations of the amplitude and power angle of the grid-side inverter output voltage are shown in Fig. 7 (c) and (d), respectively. These two values are nearly constant owing to the smooth power delivery to the grid. Consequently, the d–q-axis currents of the grid side inverter are nearly constant as shown in Fig.7 (e). And the capacitor current charging and discharging is shown in Fig. 7. (f) The corresponding three phase currents of the grid-side inverter and their zoomed-in view are shown in Fig.7 (g). |
结论 |
| 的直接集成能源存储设备有许多优点,如减少功率损耗,成本和复杂性。因此,在本文中,流行的双逆变器拓扑定制的连接是一个超级电容器银行直接进入辅助逆变器的直流环节。提出系统的运行进行了探讨。仿真和实验结果验证的效率提出了系统在抑制短期风电波动。 |
表乍一看 |
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| 表1 |
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数据乍一看 |
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引用 |
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