恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【采用STC12C5A60S2單片機(jī)-獨(dú)家畢業(yè)課程設(shè)計(jì)帶任務(wù)書(shū)+開(kāi)題報(bào)告+外文翻譯】,恒溫箱,溫度,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì),采用,采取,采納,stc12c5a60s2,單片機(jī),獨(dú)家,畢業(yè),課程設(shè)計(jì),任務(wù)書(shū),開(kāi)題,報(bào)告,講演,呈文,外文,翻譯
11223344D B 2016/6/1 E:\ \..\y:755300K,0K,00D)R)0)1)8)9)10)11)12)13)14)15)按鍵電路 02. 5過(guò)零檢測(cè)04. 加熱負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路05. 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)07. 熱電偶信號(hào)處理電路 電池儲(chǔ)能加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電力 系統(tǒng)集成 . . 要 風(fēng)力發(fā)電，因其在電網(wǎng)的電網(wǎng)穿透率因而正在覆蓋到世界各地。由于其隨時(shí)間變化的性質(zhì)和造成穩(wěn)定性的問(wèn)題，風(fēng)力發(fā)電是一直波動(dòng)的，這種弱的互聯(lián)風(fēng)在電網(wǎng)的發(fā)電來(lái)源會(huì)直接影響電能質(zhì)量和它的可靠性，局部能源庫(kù)應(yīng)當(dāng)賠償波動(dòng)功率和支持加強(qiáng)電力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。在本文中提出了在電流控制模式下電壓源逆變器 (能，即通過(guò)直流總線的電池。風(fēng)力發(fā)電測(cè)量出風(fēng)速的變化，并儲(chǔ)存在蓄電池中，這個(gè)儲(chǔ)能直流電壓保持在整個(gè)剛性總線的電壓源逆變器上，所提出來(lái)的方案提高了電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性和維護(hù)單位功率因數(shù)，它也可以運(yùn)行在電力系統(tǒng)的獨(dú)立模式 下，在風(fēng)力發(fā)電的功率交換和動(dòng)態(tài)情況下的負(fù)載是可行的，在普通點(diǎn)耦合時(shí)能保持規(guī)范的電能質(zhì)量。它加強(qiáng)了電力系統(tǒng)的薄弱電網(wǎng)部分，在這種控制策略評(píng)估動(dòng)態(tài)條件使用測(cè)試模擬系統(tǒng)，結(jié)果通過(guò)比較，驗(yàn)證了控制器的性能。 關(guān)鍵詞 ： 能質(zhì)量； 風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)。 在最近幾年，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)作為一種干凈的和取之不盡，用之不竭的新能源而備受關(guān)注的，風(fēng)力發(fā)電的普及率已經(jīng)在世界各地持續(xù)增加，電力發(fā)電可再生能源投資的增長(zhǎng)速度也正在世界范圍內(nèi)增加，德國(guó)大約有 16%的電力來(lái)自風(fēng)能， 丹麥也有 12%電力來(lái)自風(fēng)能，美國(guó)正在計(jì)劃產(chǎn)生 20%的來(lái)自風(fēng)能的電力，印度是全球第五大風(fēng)能生產(chǎn)國(guó)，其在 2009年總風(fēng)電潛力估計(jì)為 45195兆瓦，裝機(jī)容量為 10925兆瓦。然而，風(fēng)電場(chǎng)輸出功率是波動(dòng)的，并且會(huì)影響到互聯(lián)電網(wǎng) 。所以這就 需要一些措施來(lái)減少輸出波動(dòng)率并保持在網(wǎng)格的電能質(zhì)量。 已經(jīng)做了很多評(píng)估研究試圖減輕風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的影響，在互聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)有一些基于氫，電容器，電池儲(chǔ)能和超導(dǎo)磁儲(chǔ)能的形成研究。在日本，電池儲(chǔ)能被用于減緩風(fēng)電場(chǎng)穩(wěn)定短期波動(dòng)輸出的變化，提出了大量的能量?jī)?chǔ)存為了提供所需設(shè)備去管理風(fēng)電波動(dòng)，加強(qiáng)風(fēng)力吸收，實(shí)現(xiàn)節(jié) 省燃料成本，并減少 放的目的。提出的一種統(tǒng)計(jì)方法就是利用兩節(jié)電池儲(chǔ)能，其中風(fēng)力是用于一個(gè)充電電池儲(chǔ)存，而另一個(gè)是用于放電電池儲(chǔ)存，該控制方法是為電池充電狀態(tài)提出的，靜態(tài)補(bǔ)償器和儲(chǔ)能電池固定速度的風(fēng)力發(fā)電機(jī)為電力系統(tǒng)提高了電能質(zhì)量和增加了穩(wěn)定性。風(fēng)力發(fā)電滲入到電力系統(tǒng) 將會(huì)增加對(duì)風(fēng)力變速的進(jìn)一步運(yùn)用以容納電力系統(tǒng)的最大功率，因此，它通過(guò)今天的電池儲(chǔ)能促進(jìn)了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，電池儲(chǔ)存能對(duì)充電放電快速反應(yīng)，使它在電力系統(tǒng)中作為一個(gè)恒定電壓源，當(dāng)風(fēng)速波動(dòng)，特別是在高輸出低于正常運(yùn)行速度時(shí)，電池儲(chǔ)存是有效的，因此，輸出曲線平滑很大程度上取決于電池的儲(chǔ)能能力。 在本文中，該系統(tǒng)在加強(qiáng)電力系統(tǒng)上是高效和經(jīng)濟(jì)。為了驗(yàn)證該系統(tǒng)的有效性，電池儲(chǔ)存和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提出了電流電壓源逆變器的控制方式，位置控制器在模擬運(yùn)行是基于瞬時(shí)建模的，提出電能儲(chǔ)存的控制 系統(tǒng)有以下目標(biāo)： *在公共耦合總線的單位功率因數(shù) *風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率支持和電池負(fù)載 *在電網(wǎng)故障情況下獨(dú)自操作 本文結(jié)構(gòu)如下：第 2部分介紹了廣義薄弱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，第 3部分給出了系統(tǒng)配置加強(qiáng)了電力系統(tǒng)，第 4 部分提出了數(shù)學(xué)模型，第 5 部分介紹了系統(tǒng)的性能，第 6 部分是結(jié)論總結(jié)。 廣義風(fēng)力發(fā)電機(jī)接口系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中對(duì)各側(cè)都有電壓，風(fēng)力發(fā)電機(jī)所連接的總線是電力系統(tǒng)中的一個(gè)薄弱節(jié)點(diǎn)，它可以通過(guò)阻抗連接到強(qiáng)大的網(wǎng)格上，如圖 在廣義電力系統(tǒng)中，三相電源被對(duì)稱地發(fā)送，線電壓與 3 倍相電壓相等，并且總的三相功率恒定，電壓降阻抗可以寫(xiě)成： 2= 3 （ 1） 其中 2是均方根 (壓， 在公共連接點(diǎn) （ ，風(fēng)電場(chǎng)和本地負(fù)載也連接起來(lái)，風(fēng)力連接的短路功率 Z/1k ? (2) 圖 1 風(fēng)力發(fā)電量的變化通過(guò)阻抗 Z 就會(huì)引起電流的變化，這些電流的變化又會(huì)引起電壓變化。在實(shí)踐中，使網(wǎng)絡(luò)連接短路比小于 可以避免的，因?yàn)樗黾恿穗妷翰▌?dòng)被稱為弱網(wǎng)格。 阻抗 Z=R+遍存在的阻抗諧波為： Z h = R + (3) 其中 就是說(shuō)，感應(yīng)電抗隨著頻率線性變化。 風(fēng)力發(fā)電量和負(fù)荷的組合表示為 P+中 P 是有功功率， Q 是無(wú)功功率。無(wú)功功率則依賴于電壓和電流相位之間的移動(dòng)，如式 （ 4） ： )PQ(??? (4) 風(fēng)力的無(wú)功功率對(duì)電壓 些影響依賴于本地負(fù)載和反饋的電網(wǎng)阻抗，因此，在風(fēng)能產(chǎn)生電力系統(tǒng)中使用能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)去強(qiáng)化弱電網(wǎng)是很有必要的。 3 該儲(chǔ)能加強(qiáng)了風(fēng)力產(chǎn)生的網(wǎng)格在電力系統(tǒng)上配置其工作原理和所述開(kāi)關(guān)逆變器的控制策略，如圖 2所示： 圖 在這個(gè)系統(tǒng)中，電源電流的大小是通過(guò)瞬時(shí)電流源、功率變換器和負(fù)載來(lái)測(cè)定的，電池作為一種能源達(dá)到電壓調(diào)節(jié)的目的，該風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)被連接到不受控制的整流橋，其輸出電壓為可變直流，并且連接到電池儲(chǔ)存充電。該電池還可以從低需求的電 網(wǎng)中帶電，用于調(diào)峰需求，誤差電流可以在公共耦合點(diǎn)的網(wǎng)格注入電流控制電壓源逆變器。 利用該控制策略去加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，如圖 3所示。 在實(shí)施控制策略并入電網(wǎng)系統(tǒng)過(guò)程中，直流環(huán)節(jié)需要通過(guò)功率變換器連接風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)中，感應(yīng)發(fā)電機(jī)的輸出是通過(guò)整流器的第一輪轉(zhuǎn)換，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的（ 直流電壓與參考值連接，它的誤差會(huì)被送入比例積分器，比例積分控制器的輸出被乘以一個(gè)基準(zhǔn)正弦波發(fā)生器，因此，可以得到預(yù)期的參考電流 I*際電流可以通過(guò)電流傳感器從所需的參考電流檢測(cè)和削減出來(lái)，使誤差發(fā)送到滯后電流模式控制器生成開(kāi)關(guān)模式。因此，這種控 制策略在電網(wǎng)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)逆變器中作為一種瞬時(shí)脈沖寬度調(diào)制的電流反饋控制方法（ 圖 圖 逆變器運(yùn)行的電流控制模式表現(xiàn)為： )'(L/i)R(?????（ 5） )'(Li/i)R(?????（ 6） )'(L/i)R(????? (7 ) C/)??? (8) 逆變器電壓，，和壓，ii,i 和是逆變器電流，通過(guò)和參考電流i*i,*i 和的比較獲得開(kāi)關(guān)信號(hào)，，是實(shí)際的源電流，誤差電流ii,i ??? 和被應(yīng)用于滯后控制器，會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生正確的信號(hào)，是開(kāi)關(guān)進(jìn)行開(kāi)和關(guān)的操作，直到電流超過(guò)或者低于有效值。在這種技術(shù)中，一種獨(dú)立的比較器用于驅(qū)動(dòng)逆變器，一個(gè)三臂橋逆變器的導(dǎo)通狀態(tài)用三變量邏輯開(kāi)關(guān)函數(shù)表示，分別是S,S 和。滯后控制器相位 A 反轉(zhuǎn)得到開(kāi)關(guān)函數(shù) )i(?的特性，這一特性構(gòu)成了所描述的磁滯回線。 2/S2/?? ???? （ 9） 其中， 1'A ?? 和 表示開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。 由于這種開(kāi)關(guān)函數(shù)，逆變器用電源電流無(wú)諧波的方式將電流注入電網(wǎng)中。 注入的電流將會(huì)抵消一部分有反應(yīng)性的和高次諧波的負(fù)載電流，從而提高功率因數(shù)，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，電網(wǎng)檢測(cè)并產(chǎn)生電流同步逆變命令，一個(gè)三相平衡電壓源在電網(wǎng)上被表示為： )120ts V)120ts V)ts ????????? （ 10） 因此，對(duì)于比較的參考電流必須來(lái)自源（電網(wǎng)）電壓，這些電流可以表示為： )2 4 0ts 2 0ts Ii)ts ?????? （ 11） 其中 確保了控制電流源是為了看正弦波時(shí)電源電壓是否平衡。 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能電池系統(tǒng)是最合適的，因?yàn)樗梢匝杆僮⑷牖蛘呶諢o(wú)功功率去穩(wěn)定電網(wǎng)，它還以非常快的速度控制這些線路分布和傳輸系統(tǒng)。 風(fēng)力電池發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型描述如下： 感應(yīng)發(fā)單機(jī)已用風(fēng)渦輪發(fā)電系統(tǒng)，因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)就是從變速原動(dòng)機(jī)發(fā)電，與同等級(jí)的其他機(jī)器相比，更適合高速運(yùn)行，便于維護(hù)，降低成本，電壓和頻率控制的電網(wǎng)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率表示為： 3? (12) )3?? 是空氣密度， A(通過(guò)的渦輪葉片橫掃的區(qū)域，利用所有的風(fēng)能是不可能實(shí)現(xiàn)的，因而只能提取一部分的風(fēng)能，被稱為風(fēng)力渦輪功率系數(shù) 下式表示： (13) 其中 ? (14) 這也被稱為 這個(gè)系數(shù)可以表示包含速度 ? 和傾角的函數(shù) ? ，它是一個(gè)高度非線性的 ? 和 ? 的函數(shù)的功能，如果機(jī)械扭矩 應(yīng)用，可以很方便地生成系統(tǒng)，其中 ? 是計(jì)算渦輪轉(zhuǎn)速的。 bi e c hm e c h /? (15) 因此： )V,(fP w bi e c h ?? (16) pw in m e c h ??? (17) 其中， 位是 m/s。 圖 在逆變器中，電容器作為中間元件，減弱了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，電網(wǎng)系統(tǒng)系統(tǒng)如圖 3所示，使用來(lái)建模的電容器比電 感更加有效和昂貴。 b)in v(dc)in v(?? （ 18） 其中 C 是電路電容， 形）是整流后的直流測(cè)電流， 是逆變器直流側(cè)電流，如圖 5所示。 電池存儲(chǔ)連接到直流電網(wǎng)，由一個(gè)電壓源 一個(gè)內(nèi)部電阻 表，內(nèi)部電壓隨著電池充電而變化，終端電壓 ? （ 19） 保持足夠的直流鏈接級(jí)以滿足電壓逆變器是很有必要的。 （ 20） 到線中性的電壓逆變器電壓，交換頻率是 2輸出頻率是 50 是調(diào)制指數(shù)（ 因此，這個(gè)直流線性電路專(zhuān)門(mén)為 800V。 直流環(huán)節(jié)電容計(jì)算為： C ? （ 21） 在電池儲(chǔ)存的分析系統(tǒng)中，電池的數(shù)學(xué)模型是依賴于系統(tǒng)研究的，電池模型的數(shù)據(jù)目前是作為終端的行為而言：相似的短期模型是將電壓源 一個(gè)內(nèi)部電阻 聯(lián)起來(lái)研究的。電池的響應(yīng)時(shí)間是依賴于它的電氣參數(shù)，實(shí)際上的一般使用鉛酸蓄電池。在電池存儲(chǔ)的應(yīng)用上，直流環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上大量的電池串聯(lián)產(chǎn)生所需要的操作電壓。 在電壓源逆變器上，轉(zhuǎn)換器的每個(gè)開(kāi)關(guān)都被表示為一個(gè)二進(jìn)制開(kāi)關(guān)，該電阻的值是無(wú)限的，如果開(kāi)關(guān)是關(guān)閉或者零或者是開(kāi)啟的，那么該逆變器的輸出電壓方程可以如下書(shū)面表示過(guò)程： （ 22) 其中 對(duì)控制器的滯后型可以推導(dǎo)出逆變器的開(kāi)關(guān)函數(shù)， B, 一 種從風(fēng)能中提取的電池能量?jī)?chǔ)存的風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案如圖 2 所示，它是在統(tǒng)集成模塊中模擬出來(lái)， 步發(fā)電機(jī)，負(fù)荷模型等，這是已經(jīng)建成的模擬系統(tǒng)，對(duì)于給定的系統(tǒng)仿真參數(shù)如表 1 中列出： 表 系統(tǒng)參數(shù) 規(guī)格 電源電壓 三相， 415V， 50源和線性電感 力發(fā)電機(jī)參數(shù)（感應(yīng)參數(shù)） 15015V ， 50=4 ， ， ，均風(fēng)速 5m/s 直流線性參數(shù) 直流線性電壓 800v， C=5 F? 整流橋參數(shù) 緩沖電阻 R=100? ， ， C=1 F? 逆變器參數(shù) 備，三臂橋類(lèi)型 額定電壓： 1200V；正向電流： 50A；柵級(jí)電壓 +/遲開(kāi)啟時(shí)間： 70遲關(guān)閉時(shí)間： 400耗 300W 電池存儲(chǔ) 直流電壓： 800v 接口變壓器 415 / 荷參數(shù) 三相 415v，非線性負(fù)荷 負(fù)載被認(rèn)為是一個(gè)非線性負(fù)載的系統(tǒng)仿真，該系統(tǒng)的性能是為了改善電能質(zhì)量而進(jìn)行觀察，以及當(dāng)電源不可用時(shí)可以支持負(fù)載。這個(gè)逆變器開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)間是 源電流是 載電流是 變器的電流測(cè)量和無(wú)逆變控制器電路也在單機(jī)運(yùn)行模式中，從電源提供的電流是正弦，諧波等形式，該控制器系統(tǒng)如圖 6（ a）所示，系統(tǒng)負(fù)載電流如圖 6（ b） ，從逆變器注入的供電電流如圖 6（ c），間隔時(shí)間，負(fù)載電流將會(huì)是電源電流和逆變器電流相加。電網(wǎng)故障時(shí)間在 t=源電壓不可用，因此逆變器將會(huì)支持負(fù)載和利用風(fēng)能發(fā)電機(jī)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立模式。 圖 a），源電流（ b），負(fù)載電流（ c）逆變器電流 圖 a），直流電壓（ b），風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整流電流 （ c） 電池供應(yīng)電流（ d），充電電容放電 驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生能量和在直流線性電路上提供一個(gè)非控制接口，可變速感應(yīng)輸出發(fā)電機(jī)是速度依賴性的，將轉(zhuǎn)換輸出為直流電壓是很有必要的，直流環(huán)節(jié)電壓如圖 7（ a）所示，為了從風(fēng)力發(fā)電機(jī)的負(fù)荷轉(zhuǎn)換成實(shí)用的電力，產(chǎn)生的電力供給電池充電整 流器，這種控制策略保持了恒定的直流電壓的直流環(huán)節(jié)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)整流電流如圖 7（ b）所示，電池電流提供的電流如圖 7; （ c）顯示，充電和直流放電電容器如圖 7; （ d） 在模擬系統(tǒng)上放電深度是不考慮的。 力發(fā)電機(jī)的性能 感應(yīng)發(fā)電機(jī)和汽輪機(jī)是通過(guò)直流環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行電力轉(zhuǎn)移的，風(fēng)力渦輪機(jī)是在 5m/s 風(fēng)速時(shí)操作產(chǎn)生的，電流和電壓分別顯示在圖 8的（ a）和（ b）中。 比例積分控制器應(yīng)用于控制系統(tǒng)，并且它的響應(yīng)速度時(shí)極快的，它糾正了測(cè)量變量和期望設(shè)定值之間的誤差， 確定反應(yīng)的電流誤差， 確定反應(yīng)的最近的誤差之和， 制器用來(lái)增加超調(diào)量的變化，沉降時(shí)間消除了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，模擬的傳遞函數(shù)為： （ 23） 控制器的性能如圖 9 所示，這是用于穩(wěn)定在分布式電網(wǎng)的電壓，電源電流保持與電源電壓同步，這表明了常見(jiàn)的耦合觀點(diǎn)上的功率因數(shù)，它滿足了電能質(zhì)量規(guī)范，同相電流源和電壓源的結(jié)果如圖 10所示。 圖 （ a） 三相電壓（ b）三相電流 圖 操作前后的電流波形可以分析電能質(zhì)量測(cè)量，傅里葉表示的波形分析是無(wú)需系統(tǒng)控制器，電源電流信號(hào)的總的諧波失真（ 圖 11（ a）所示，測(cè)量的 它的諧波順序如圖 11（ b）表示。 當(dāng)控制器是在開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，在常見(jiàn)耦合下可以觀察電能質(zhì)量改進(jìn)，在操作中逆變器的放置和電源電流的波形如圖 12（ a），快速的傅里葉變換如圖 12（ b）所示。結(jié)果表明 標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)已經(jīng)得到了大大的提高，無(wú)逆變控制器和國(guó)際電工學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的比較如表 2所示。 圖 圖 a）源電流和電流源的 a）源電流和電流源的 表 電流源諧波階 F 3 5 7 9 11 控制器 2 10 制器 際電工學(xué)標(biāo)準(zhǔn) 3 在電力系統(tǒng)中的加強(qiáng)風(fēng)力能源儲(chǔ)存方案不僅能改善電能質(zhì)量還支持實(shí)際的無(wú)功功率負(fù)載。 本文提出了風(fēng)能提取方案與接口的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的有功和無(wú)功功率的交換電流控制模式去支持負(fù)載功率，滯環(huán)電流控制器是用來(lái)產(chǎn)生逆變器的開(kāi)關(guān)信號(hào)的這樣一種方式，它將注入電流分布系統(tǒng)。該方案保持的單位功率因數(shù)和諧波源電流是在分布式網(wǎng)絡(luò)共同連接的，風(fēng)力發(fā)電的交換是在直流母線的能量?jī)?chǔ)存和提供的穩(wěn)定狀態(tài)下調(diào)節(jié)的，這也使得在負(fù)載的瞬時(shí)需求中得到實(shí)際的潮流，這些建議是控制系統(tǒng)適用于快速注射或者吸收無(wú)功 /實(shí)際電力系統(tǒng)的功率流，電池能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)提供了快速的響應(yīng)，提高了風(fēng)電波動(dòng)輸出下的性能，并且也提高了電壓穩(wěn)定性，該方案提供了一個(gè)選擇， 在可利用的風(fēng)能中選擇最經(jīng)濟(jì)的實(shí)際負(fù)載功率，電池、傳統(tǒng)的資源和系統(tǒng)支持去加強(qiáng)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的規(guī)范。 11223344D B 2016/6/1 E:\ \..\y:755300K,0K,00D)R)0)1)8)9)10)11)12)13)14)15)按鍵電路 02. 5過(guò)零檢測(cè)04. 加熱負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路05. 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)07. 熱電偶信號(hào)處理電路 電池儲(chǔ)能加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電力 系統(tǒng)集成 . . 要 風(fēng)力發(fā)電，因其在電網(wǎng)的電網(wǎng)穿透率因而正在覆蓋到世界各地。由于其隨時(shí)間變化的性質(zhì)和造成穩(wěn)定性的問(wèn)題，風(fēng)力發(fā)電是一直波動(dòng)的，這種弱的互聯(lián)風(fēng)在電網(wǎng)的發(fā)電來(lái)源會(huì)直接影響電能質(zhì)量和它的可靠性，局部能源庫(kù)應(yīng)當(dāng)賠償波動(dòng)功率和支持加強(qiáng)電力的風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。在本文中提出了在電流控制模式下電壓源逆變器 (能，即通過(guò)直流總線的電池。風(fēng)力發(fā)電測(cè)量出風(fēng)速的變化，并儲(chǔ)存在蓄電池中，這個(gè)儲(chǔ)能直流電壓保持在整個(gè)剛性總線的電壓源逆變器上，所提出來(lái)的方案提高了電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性和維護(hù)單位功率因數(shù)，它也可以運(yùn)行在電力系統(tǒng)的獨(dú)立模式 下，在風(fēng)力發(fā)電的功率交換和動(dòng)態(tài)情況下的負(fù)載是可行的，在普通點(diǎn)耦合時(shí)能保持規(guī)范的電能質(zhì)量。它加強(qiáng)了電力系統(tǒng)的薄弱電網(wǎng)部分，在這種控制策略評(píng)估動(dòng)態(tài)條件使用測(cè)試模擬系統(tǒng)，結(jié)果通過(guò)比較，驗(yàn)證了控制器的性能。 關(guān)鍵詞 ： 能質(zhì)量； 風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)。 在最近幾年，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)作為一種干凈的和取之不盡，用之不竭的新能源而備受關(guān)注的，風(fēng)力發(fā)電的普及率已經(jīng)在世界各地持續(xù)增加，電力發(fā)電可再生能源投資的增長(zhǎng)速度也正在世界范圍內(nèi)增加，德國(guó)大約有 16%的電力來(lái)自風(fēng)能， 丹麥也有 12%電力來(lái)自風(fēng)能，美國(guó)正在計(jì)劃產(chǎn)生 20%的來(lái)自風(fēng)能的電力，印度是全球第五大風(fēng)能生產(chǎn)國(guó)，其在 2009年總風(fēng)電潛力估計(jì)為 45195兆瓦，裝機(jī)容量為 10925兆瓦。然而，風(fēng)電場(chǎng)輸出功率是波動(dòng)的，并且會(huì)影響到互聯(lián)電網(wǎng) 。所以這就 需要一些措施來(lái)減少輸出波動(dòng)率并保持在網(wǎng)格的電能質(zhì)量。 已經(jīng)做了很多評(píng)估研究試圖減輕風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的影響，在互聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)有一些基于氫，電容器，電池儲(chǔ)能和超導(dǎo)磁儲(chǔ)能的形成研究。在日本，電池儲(chǔ)能被用于減緩風(fēng)電場(chǎng)穩(wěn)定短期波動(dòng)輸出的變化，提出了大量的能量?jī)?chǔ)存為了提供所需設(shè)備去管理風(fēng)電波動(dòng)，加強(qiáng)風(fēng)力吸收，實(shí)現(xiàn)節(jié) 省燃料成本，并減少 放的目的。提出的一種統(tǒng)計(jì)方法就是利用兩節(jié)電池儲(chǔ)能，其中風(fēng)力是用于一個(gè)充電電池儲(chǔ)存，而另一個(gè)是用于放電電池儲(chǔ)存，該控制方法是為電池充電狀態(tài)提出的，靜態(tài)補(bǔ)償器和儲(chǔ)能電池固定速度的風(fēng)力發(fā)電機(jī)為電力系統(tǒng)提高了電能質(zhì)量和增加了穩(wěn)定性。風(fēng)力發(fā)電滲入到電力系統(tǒng) 將會(huì)增加對(duì)風(fēng)力變速的進(jìn)一步運(yùn)用以容納電力系統(tǒng)的最大功率，因此，它通過(guò)今天的電池儲(chǔ)能促進(jìn)了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，電池儲(chǔ)存能對(duì)充電放電快速反應(yīng)，使它在電力系統(tǒng)中作為一個(gè)恒定電壓源，當(dāng)風(fēng)速波動(dòng)，特別是在高輸出低于正常運(yùn)行速度時(shí)，電池儲(chǔ)存是有效的，因此，輸出曲線平滑很大程度上取決于電池的儲(chǔ)能能力。 在本文中，該系統(tǒng)在加強(qiáng)電力系統(tǒng)上是高效和經(jīng)濟(jì)。為了驗(yàn)證該系統(tǒng)的有效性，電池儲(chǔ)存和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提出了電流電壓源逆變器的控制方式，位置控制器在模擬運(yùn)行是基于瞬時(shí)建模的，提出電能儲(chǔ)存的控制 系統(tǒng)有以下目標(biāo)： *在公共耦合總線的單位功率因數(shù) *風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率支持和電池負(fù)載 *在電網(wǎng)故障情況下獨(dú)自操作 本文結(jié)構(gòu)如下：第 2部分介紹了廣義薄弱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，第 3部分給出了系統(tǒng)配置加強(qiáng)了電力系統(tǒng)，第 4 部分提出了數(shù)學(xué)模型，第 5 部分介紹了系統(tǒng)的性能，第 6 部分是結(jié)論總結(jié)。 廣義風(fēng)力發(fā)電機(jī)接口系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中對(duì)各側(cè)都有電壓，風(fēng)力發(fā)電機(jī)所連接的總線是電力系統(tǒng)中的一個(gè)薄弱節(jié)點(diǎn)，它可以通過(guò)阻抗連接到強(qiáng)大的網(wǎng)格上，如圖 在廣義電力系統(tǒng)中，三相電源被對(duì)稱地發(fā)送，線電壓與 3 倍相電壓相等，并且總的三相功率恒定，電壓降阻抗可以寫(xiě)成： 2= 3 （ 1） 其中 2是均方根 (壓， 在公共連接點(diǎn) （ ，風(fēng)電場(chǎng)和本地負(fù)載也連接起來(lái)，風(fēng)力連接的短路功率 Z/1k ? (2) 圖 1 風(fēng)力發(fā)電量的變化通過(guò)阻抗 Z 就會(huì)引起電流的變化，這些電流的變化又會(huì)引起電壓變化。在實(shí)踐中，使網(wǎng)絡(luò)連接短路比小于 可以避免的，因?yàn)樗黾恿穗妷翰▌?dòng)被稱為弱網(wǎng)格。 阻抗 Z=R+遍存在的阻抗諧波為： Z h = R + (3) 其中 就是說(shuō)，感應(yīng)電抗隨著頻率線性變化。 風(fēng)力發(fā)電量和負(fù)荷的組合表示為 P+中 P 是有功功率， Q 是無(wú)功功率。無(wú)功功率則依賴于電壓和電流相位之間的移動(dòng)，如式 （ 4） ： )PQ(??? (4) 風(fēng)力的無(wú)功功率對(duì)電壓 些影響依賴于本地負(fù)載和反饋的電網(wǎng)阻抗，因此，在風(fēng)能產(chǎn)生電力系統(tǒng)中使用能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)去強(qiáng)化弱電網(wǎng)是很有必要的。 3 該儲(chǔ)能加強(qiáng)了風(fēng)力產(chǎn)生的網(wǎng)格在電力系統(tǒng)上配置其工作原理和所述開(kāi)關(guān)逆變器的控制策略，如圖 2所示： 圖 在這個(gè)系統(tǒng)中，電源電流的大小是通過(guò)瞬時(shí)電流源、功率變換器和負(fù)載來(lái)測(cè)定的，電池作為一種能源達(dá)到電壓調(diào)節(jié)的目的，該風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)被連接到不受控制的整流橋，其輸出電壓為可變直流，并且連接到電池儲(chǔ)存充電。該電池還可以從低需求的電 網(wǎng)中帶電，用于調(diào)峰需求，誤差電流可以在公共耦合點(diǎn)的網(wǎng)格注入電流控制電壓源逆變器。 利用該控制策略去加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，如圖 3所示。 在實(shí)施控制策略并入電網(wǎng)系統(tǒng)過(guò)程中，直流環(huán)節(jié)需要通過(guò)功率變換器連接風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)中，感應(yīng)發(fā)電機(jī)的輸出是通過(guò)整流器的第一輪轉(zhuǎn)換，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的（ 直流電壓與參考值連接，它的誤差會(huì)被送入比例積分器，比例積分控制器的輸出被乘以一個(gè)基準(zhǔn)正弦波發(fā)生器，因此，可以得到預(yù)期的參考電流 I*際電流可以通過(guò)電流傳感器從所需的參考電流檢測(cè)和削減出來(lái)，使誤差發(fā)送到滯后電流模式控制器生成開(kāi)關(guān)模式。因此，這種控 制策略在電網(wǎng)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)逆變器中作為一種瞬時(shí)脈沖寬度調(diào)制的電流反饋控制方法（ 圖 圖 逆變器運(yùn)行的電流控制模式表現(xiàn)為： )'(L/i)R(?????（ 5） )'(Li/i)R(?????（ 6） )'(L/i)R(????? (7 ) C/)??? (8) 逆變器電壓，，和壓，ii,i 和是逆變器電流，通過(guò)和參考電流i*i,*i 和的比較獲得開(kāi)關(guān)信號(hào)，，是實(shí)際的源電流，誤差電流ii,i ??? 和被應(yīng)用于滯后控制器，會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生正確的信號(hào)，是開(kāi)關(guān)進(jìn)行開(kāi)和關(guān)的操作，直到電流超過(guò)或者低于有效值。在這種技術(shù)中，一種獨(dú)立的比較器用于驅(qū)動(dòng)逆變器，一個(gè)三臂橋逆變器的導(dǎo)通狀態(tài)用三變量邏輯開(kāi)關(guān)函數(shù)表示，分別是S,S 和。滯后控制器相位 A 反轉(zhuǎn)得到開(kāi)關(guān)函數(shù) )i(?的特性，這一特性構(gòu)成了所描述的磁滯回線。 2/S2/?? ???? （ 9） 其中， 1'A ?? 和 表示開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。 由于這種開(kāi)關(guān)函數(shù)，逆變器用電源電流無(wú)諧波的方式將電流注入電網(wǎng)中。 注入的電流將會(huì)抵消一部分有反應(yīng)性的和高次諧波的負(fù)載電流，從而提高功率因數(shù)，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，電網(wǎng)檢測(cè)并產(chǎn)生電流同步逆變命令，一個(gè)三相平衡電壓源在電網(wǎng)上被表示為： )120ts V)120ts V)ts ????????? （ 10） 因此，對(duì)于比較的參考電流必須來(lái)自源（電網(wǎng)）電壓，這些電流可以表示為： )2 4 0ts 2 0ts Ii)ts ?????? （ 11） 其中 確保了控制電流源是為了看正弦波時(shí)電源電壓是否平衡。 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能電池系統(tǒng)是最合適的，因?yàn)樗梢匝杆僮⑷牖蛘呶諢o(wú)功功率去穩(wěn)定電網(wǎng)，它還以非常快的速度控制這些線路分布和傳輸系統(tǒng)。 風(fēng)力電池發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型描述如下： 感應(yīng)發(fā)單機(jī)已用風(fēng)渦輪發(fā)電系統(tǒng)，因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)就是從變速原動(dòng)機(jī)發(fā)電，與同等級(jí)的其他機(jī)器相比，更適合高速運(yùn)行，便于維護(hù)，降低成本，電壓和頻率控制的電網(wǎng)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出功率表示為： 3? (12) )3?? 是空氣密度， A(通過(guò)的渦輪葉片橫掃的區(qū)域，利用所有的風(fēng)能是不可能實(shí)現(xiàn)的，因而只能提取一部分的風(fēng)能，被稱為風(fēng)力渦輪功率系數(shù) 下式表示： (13) 其中 ? (14) 這也被稱為 這個(gè)系數(shù)可以表示包含速度 ? 和傾角的函數(shù) ? ，它是一個(gè)高度非線性的 ? 和 ? 的函數(shù)的功能，如果機(jī)械扭矩 應(yīng)用，可以很方便地生成系統(tǒng)，其中 ? 是計(jì)算渦輪轉(zhuǎn)速的。 bi e c hm e c h /? (15) 因此： )V,(fP w bi e c h ?? (16) pw in m e c h ??? (17) 其中， 位是 m/s。 圖 在逆變器中，電容器作為中間元件，減弱了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，電網(wǎng)系統(tǒng)系統(tǒng)如圖 3所示，使用來(lái)建模的電容器比電 感更加有效和昂貴。 b)in v(dc)in v(?? （ 18） 其中 C 是電路電容， 形）是整流后的直流測(cè)電流， 是逆變器直流側(cè)電流，如圖 5所示。 電池存儲(chǔ)連接到直流電網(wǎng)，由一個(gè)電壓源 一個(gè)內(nèi)部電阻 表，內(nèi)部電壓隨著電池充電而變化，終端電壓 ? （ 19） 保持足夠的直流鏈接級(jí)以滿足電壓逆變器是很有必要的。 （ 20） 到線中性的電壓逆變器電壓，交換頻率是 2輸出頻率是 50 是調(diào)制指數(shù)（ 因此，這個(gè)直流線性電路專(zhuān)門(mén)為 800V。 直流環(huán)節(jié)電容計(jì)算為： C ? （ 21） 在電池儲(chǔ)存的分析系統(tǒng)中，電池的數(shù)學(xué)模型是依賴于系統(tǒng)研究的，電池模型的數(shù)據(jù)目前是作為終端的行為而言：相似的短期模型是將電壓源 一個(gè)內(nèi)部電阻 聯(lián)起來(lái)研究的。電池的響應(yīng)時(shí)間是依賴于它的電氣參數(shù)，實(shí)際上的一般使用鉛酸蓄電池。在電池存儲(chǔ)的應(yīng)用上，直流環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)上大量的電池串聯(lián)產(chǎn)生所需要的操作電壓。 在電壓源逆變器上，轉(zhuǎn)換器的每個(gè)開(kāi)關(guān)都被表示為一個(gè)二進(jìn)制開(kāi)關(guān)，該電阻的值是無(wú)限的，如果開(kāi)關(guān)是關(guān)閉或者零或者是開(kāi)啟的，那么該逆變器的輸出電壓方程可以如下書(shū)面表示過(guò)程： （ 22) 其中 對(duì)控制器的滯后型可以推導(dǎo)出逆變器的開(kāi)關(guān)函數(shù)， B, 一 種從風(fēng)能中提取的電池能量?jī)?chǔ)存的風(fēng)力發(fā)電機(jī)方案如圖 2 所示，它是在統(tǒng)集成模塊中模擬出來(lái)， 步發(fā)電機(jī)，負(fù)荷模型等，這是已經(jīng)建成的模擬系統(tǒng)，對(duì)于給定的系統(tǒng)仿真參數(shù)如表 1 中列出： 表 系統(tǒng)參數(shù) 規(guī)格 電源電壓 三相， 415V， 50源和線性電感 力發(fā)電機(jī)參數(shù)（感應(yīng)參數(shù)） 15015V ， 50=4 ， ， ，均風(fēng)速 5m/s 直流線性參數(shù) 直流線性電壓 800v， C=5 F? 整流橋參數(shù) 緩沖電阻 R=100? ， ， C=1 F? 逆變器參數(shù) 備，三臂橋類(lèi)型 額定電壓： 1200V；正向電流： 50A；柵級(jí)電壓 +/遲開(kāi)啟時(shí)間： 70遲關(guān)閉時(shí)間： 400耗 300W 電池存儲(chǔ) 直流電壓： 800v 接口變壓器 415 / 荷參數(shù) 三相 415v，非線性負(fù)荷 負(fù)載被認(rèn)為是一個(gè)非線性負(fù)載的系統(tǒng)仿真，該系統(tǒng)的性能是為了改善電能質(zhì)量而進(jìn)行觀察，以及當(dāng)電源不可用時(shí)可以支持負(fù)載。這個(gè)逆變器開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)間是 源電流是 載電流是 變器的電流測(cè)量和無(wú)逆變控制器電路也在單機(jī)運(yùn)行模式中，從電源提供的電流是正弦，諧波等形式，該控制器系統(tǒng)如圖 6（ a）所示，系統(tǒng)負(fù)載電流如圖 6（ b） ，從逆變器注入的供電電流如圖 6（ c），間隔時(shí)間，負(fù)載電流將會(huì)是電源電流和逆變器電流相加。電網(wǎng)故障時(shí)間在 t=源電壓不可用，因此逆變器將會(huì)支持負(fù)載和利用風(fēng)能發(fā)電機(jī)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立模式。 圖 a），源電流（ b），負(fù)載電流（ c）逆變器電流 圖 a），直流電壓（ b），風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整流電流 （ c） 電池供應(yīng)電流（ d），充電電容放電 驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生能量和在直流線性電路上提供一個(gè)非控制接口，可變速感應(yīng)輸出發(fā)電機(jī)是速度依賴性的，將轉(zhuǎn)換輸出為直流電壓是很有必要的，直流環(huán)節(jié)電壓如圖 7（ a）所示，為了從風(fēng)力發(fā)電機(jī)的負(fù)荷轉(zhuǎn)換成實(shí)用的電力，產(chǎn)生的電力供給電池充電整 流器，這種控制策略保持了恒定的直流電壓的直流環(huán)節(jié)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)整流電流如圖 7（ b）所示，電池電流提供的電流如圖 7; （ c）顯示，充電和直流放電電容器如圖 7; （ d） 在模擬系統(tǒng)上放電深度是不考慮的。 力發(fā)電機(jī)的性能 感應(yīng)發(fā)電機(jī)和汽輪機(jī)是通過(guò)直流環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行電力轉(zhuǎn)移的，風(fēng)力渦輪機(jī)是在 5m/s 風(fēng)速時(shí)操作產(chǎn)生的，電流和電壓分別顯示在圖 8的（ a）和（ b）中。 比例積分控制器應(yīng)用于控制系統(tǒng)，并且它的響應(yīng)速度時(shí)極快的，它糾正了測(cè)量變量和期望設(shè)定值之間的誤差， 確定反應(yīng)的電流誤差， 確定反應(yīng)的最近的誤差之和， 制器用來(lái)增加超調(diào)量的變化，沉降時(shí)間消除了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，模擬的傳遞函數(shù)為： （ 23） 控制器的性能如圖 9 所示，這是用于穩(wěn)定在分布式電網(wǎng)的電壓，電源電流保持與電源電壓同步，這表明了常見(jiàn)的耦合觀點(diǎn)上的功率因數(shù)，它滿足了電能質(zhì)量規(guī)范，同相電流源和電壓源的結(jié)果如圖 10所示。 圖 （ a） 三相電壓（ b）三相電流 圖 操作前后的電流波形可以分析電能質(zhì)量測(cè)量，傅里葉表示的波形分析是無(wú)需系統(tǒng)控制器，電源電流信號(hào)的總的諧波失真（ 圖 11（ a）所示，測(cè)量的 它的諧波順序如圖 11（ b）表示。 當(dāng)控制器是在開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，在常見(jiàn)耦合下可以觀察電能質(zhì)量改進(jìn)，在操作中逆變器的放置和電源電流的波形如圖 12（ a），快速的傅里葉變換如圖 12（ b）所示。結(jié)果表明 標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)已經(jīng)得到了大大的提高，無(wú)逆變控制器和國(guó)際電工學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的比較如表 2所示。 圖 圖 a）源電流和電流源的 a）源電流和電流源的 表 電流源諧波階 F 3 5 7 9 11 控制器 2 10 制器 際電工學(xué)標(biāo)準(zhǔn) 3 在電力系統(tǒng)中的加強(qiáng)風(fēng)力能源儲(chǔ)存方案不僅能改善電能質(zhì)量還支持實(shí)際的無(wú)功功率負(fù)載。 本文提出了風(fēng)能提取方案與接口的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的有功和無(wú)功功率的交換電流控制模式去支持負(fù)載功率，滯環(huán)電流控制器是用來(lái)產(chǎn)生逆變器的開(kāi)關(guān)信號(hào)的這樣一種方式，它將注入電流分布系統(tǒng)。該方案保持的單位功率因數(shù)和諧波源電流是在分布式網(wǎng)絡(luò)共同連接的，風(fēng)力發(fā)電的交換是在直流母線的能量?jī)?chǔ)存和提供的穩(wěn)定狀態(tài)下調(diào)節(jié)的，這也使得在負(fù)載的瞬時(shí)需求中得到實(shí)際的潮流，這些建議是控制系統(tǒng)適用于快速注射或者吸收無(wú)功 /實(shí)際電力系統(tǒng)的功率流，電池能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)提供了快速的響應(yīng)，提高了風(fēng)電波動(dòng)輸出下的性能，并且也提高了電壓穩(wěn)定性，該方案提供了一個(gè)選擇， 在可利用的風(fēng)能中選擇最經(jīng)濟(jì)的實(shí)際負(fù)載功率，電池、傳統(tǒng)的資源和系統(tǒng)支持去加強(qiáng)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的規(guī)范。 F 9, 1, 011 23in is to of in to in In it is to in dc be in dc of of It be in in is at of It in is on by by of 1. n as a of in 8, 2010; 8, 2011. S. W. is he is a ( M. V. is is 6% 0%. US is to 0% is 5,195 MW 0,925 MW 009. of is of of to to so as to in a of to of on A in on of ]-[5]. of in to of ]. ]. of in is to is to ]. of of 9]. to 0],[11]. of to of to in it in s a or it as a in is at on In is . . F 9, 1, 011 24 to In to of of is is on ? at ? to ? in of is as to 2. he in on of is a in it is to , 1. In is as as is be 123Z?= (1) 12I is r.m.s is of to At of is 1. (2) 2of L L+1. in in in . in 2. In .5 to be as it to it is as + is at in of )LZ + (3) h is is to of is , is is is on as 4): 1?=????. (4) in an on 2. is on on it is to in 3. he to in is on on as 2. 315 V,50 ~=LV ia,b,2. of to of 15 V, 50Hz of , R, b,c et n of is by is as an of is to is dc to be in in be is in at of of he to is 3. In of a dc is to a is a dc at is is of is by a be is by so is to to as an of in as 4. 3. of 4. of is as sa ( )ii v v ? + ? (5) sb ( )ii v v ? + ? (6) sc ( )ii v v ? + ? (7) ib iS + (8) , , by * of , , to to N FF or In a is to of a is by A, C. of A=?() of a of a be , 21, 2?(9) h of A=0 S′ =1 of to in a is of To in a is at as )120 )120 )??=???? =+?