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太阳能和风能互补发电系统的研究与分析

作　者: 王欣伟
导　师: 韩肖清
学　校: 太原理工大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 太阳能和风能互补发电铅酸蓄电池组并网 MATLAB PSASP
分类号: TM61
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

能源是人类社会生存与发展的物质基础,更是国民经济发展的基础。化石能源的大量开发和利用,造成大气环境的污染与生态环境的破坏。而且化石能源正在逐渐枯竭,为人类的能源体系敲响了警钟。太阳能和风能都是无污染的可再生能源,它们的开发和利用受到世界各国普遍的关注。太阳能和风能两种发电方式各有其优点,但它们都受到气候和地理环境的影响制约。我国属季风气候地区,一般冬季风大,太阳辐射强度小;夏季风小,太阳辐射强度大,两种发电方式可以相互补充利用,能够提高发电的稳定性和可靠性。本文基于太阳能发电和风能发电的特点,研究分析了太阳能和风能互补发电,主要研究内容如下:1、介绍了目前国内外太阳能发电、风能发电的发展现状和发展前景,叙述了太阳能和风能互补发电系统的主要结构与组成,明确了本课题所要研究的内容。2、研究了太阳能电池发电的基本原理和输出特性;建立了太阳能发电阵列的数学模型,运用MATLAB软件,实现了太阳能发电的仿真;分析了太阳辐射强度的变化和太阳能电池自身温度的变化对太阳能发电阵列输出功率的影响。3、光照和温度的变化会影响太阳能发电阵列的功率输出,为了使太阳能发电阵列始终保持在最大功率输出,本文分析了最大功率跟踪(MPPT)的工作原理。在太阳能发电阵列仿真模型的基础上,运用恒定电压控制法和扰动观测控制法实现了太阳能发电阵列的最大功率跟踪。并对这两种MPPT控制方法进行了比较和分析。4、考虑到太阳能发电阵列是直流电源,需要通过逆变控制并入配电网,本文采用电流型滞环比较跟踪控制,实现了太阳能发电阵列的三相交流逆变。5、研究分析了异步风力发电机的工作特性。在已有仿真模型的基础上,将风电机组并入电网,观察风电场在各种风速情况下的功率输出,由此得出异步风力发电机组的并网功率输出特性曲线。6、铅酸蓄电池是太阳能和风能互补发电系统中的重要组成部分。通过铅酸蓄电池的三阶动态模型,实现了铅酸蓄电池的仿真,仿真充分考虑了铅酸蓄电池的动态特性和铅酸蓄电池充放电特有的非线性、复杂性和对温度敏感性等特点。7、运用PSASP软件分析了太阳能和风能互补电站接入配电网后的影响。分析了太阳能和风能互补电站接入配电网后,对电网稳态电压分布的影响;研究了在启动、退出和扰动情况下,太阳能和风能互补电站对配电网暂态稳定的影响。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-15
  1.1 开发新能源的重要性  9
  1.2 太阳能发电和风力发电的发展及趋势  9-11
    1.2.1 太阳能发电  9-10
    1.2.2 风力发电  10-11
  1.3 太阳能和风能互补发电系统的研究和应用  11-13
  1.4 风光互补发电系统的组成  13-14
  1.5 本课题的研究的思路和内容  14-15
第二章太阳能发电阵列的建模与仿真  15-28
  2.1 太阳能发电的原理  15-16
  2.2 太阳辐射的简单计算  16-18
  2.3 太阳能电池的特性参数  18-20
  2.4 太阳能发电阵列的建模和仿真  20-25
    2.4.1 太阳能发电阵列的数学模型  21-22
    2.4.2 太阳能发电阵列的仿真模型  22-23
    2.4.3 太阳能发电阵列的输出特性仿真曲线  23-25
  2.5 太阳能发电阵列尺寸的估算  25-27
  2.6 本章小结  27-28
第三章太阳能发电系统的电能控制与传输  28-45
  3.1 最大功率跟踪（MPPT）  28-37
    3.1.1 最大功率跟踪方法简介  28-29
    3.1.2 最大功率跟踪原理  29-30
    3.1.3 最大功率跟踪的实现  30-37
  3.2 太阳能发电阵列的并网  37-44
    3.2.1 逆变技术的发展与现状  38
    3.2.3 逆变器拓扑结构  38-40
    3.2.4 滞环比较PWM 跟踪控制  40-42
    3.2.5 太阳能发电阵列三相并网的MATLAB 实现  42-44
  3.3 本章小结  44-45
第四章铅酸蓄电池建模与仿真  45-54
  4.1 铅酸蓄电池概述  45-46
  4.2 铅酸蓄电池的特性  46-47
  4.3 铅酸蓄电池的等效模型  47-50
    4.3.1 电气模型  47-48
    4.3.2 数学模型  48-50
  4.4 铅酸蓄电池的MATLAB 仿真  50-52
  4.5 本章结论  52-54
第五章风电场模型和风电场的并网仿真  54-68
  5.1 异步发电机  54-59
    5.1.1 异步发电机等效电路和向量图  55-56
    5.1.2 异步发电机的稳态数学模型  56-57
    5.1.3 异步发电机的PQ 模型  57-59
  5.2 风力发电机组的动态数学模型  59-61
    5.2.1 风力机的模型  59-60
    5.2.2 传动机构的模型  60-61
    5.2.3 异步发电机的模型  61
  5.3 异步风力发电机组的并网仿真  61-67
    5.3.1 风力发电机仿真  62-63
    5.3.2 风电场并网运行的仿真  63-67
  5.4 本章小结  67-68
第六章太阳能和风能互补发电的并网分析  68-81
  6.1 引言  68-70
    6.1.1 太阳能风能发互补电站的选址  68
    6.1.2 太阳能风能互补发电并网对配电网的影响  68-70
    6.1.3 PSASP 仿真软件的介绍和并网分析方法  70
  6.2 接入风能太阳能互补电站的配电网稳态分析  70-74
    6.2.1 接入风能太阳能互补发电系统后母线电压分布  71-73
    6.2.2 接入分布式电源后节点电压在不同方式下变化比较  73-74
  6.3 接入太阳能风能互补发电的暂态分析  74-80
    6.3.1 电网故障对太阳能风能互补发电的暂态影响  74-75
    6.3.2 太阳能风能互补发电系统对配电网的暂态影响  75-80
  6.4 本章小结  80-81
第七章结束语  81-85
  7.1 全文总结  81-83
  7.2 工作展望  83-85
参考文献  85-88
附录：铅酸蓄电池充放电参数和仿真  88-90
致谢  90-91
攻读学位期间发表的学术论文  91

太阳能和风能互补发电系统的研究与分析

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