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微电网建模仿真研究及平台开发

作　者: 刘志勇
导　师: 李培强；李欣然
学　校: 湖南大学
专　业: 电气工程
关键词: 微电网微电源 V/f控制策略并网运行孤网运行仿真平台
分类号: TM727
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

微电网是为整合分布式发电的优势,削弱分布式发电对电网的冲击和负面影响而提出的一种新的分布式能源组织方式和结构。它通过整合分布式发电单元与配电网,在一个局部区域内直接将分布式发电单元、电力网络和终端用户联系在一起,可以方便地进行结构和配置的优化。结合冷热电联供方案,能够提高能源利用效率,减轻能源动力系统对环境的影响,推动分布式电源上网,促进社会向绿色、环保、节能方向发展。无疑,微电网运行将成为未来大型电网的有力补充和有效支撑,是未来电力系统的发展趋势之一。本文以微电网建模仿真研究及平台开发为主要内容,重点工作主要集中在微电源建模及运行特性分析、微电网仿真平台开发及运行特性分析、微电网运行对电网综合负荷模型的影响三个方面。文章首先详细分析了各微电源的数学模型及其工作特性,利用了Simulink软件构建了简化固体氧化物燃料电池、光伏电池、风力发电机、柴油发电机等微电源的仿真模型。根据各个微电源的不同特性,从不同的侧重点对各微电源进行了仿真分析。仿真结果表明本文所建立的各个微电源能够反应实际微电源的运行情况,能够适应复杂微电网系统的建模需要。其次,分析比较了各种微电网控制策略的优劣势,在此基础上根据仿真平台的需要,考虑了微电网在受到扰动后的电压频率支撑问题,选取了V／f控制作为微电网的控制方式,利用Simulink软件建立了基于电压源型逆变器的V／f控制策略的详细控制器模型,然后与已经构建的各微电源模型一起搭建了微电网的仿真平台。考虑了微电网孤网运行时系统功率不平衡问题,设计了一个二级负载来吸收系统中的不平衡功率,以确保系统在孤网运行时能够快速实现功率平衡；利用了三个典型的仿真算例,模拟了微电网的各种运行状态,仿真结果表明：本文所构建的微电网仿真平台能够承受较强的负荷投切冲击,能够抵御较为严重的三相接地短路故障,能够实现由孤网向并网,由并网向孤网的不同运行模式的平滑切换,并且具有较好的电能质量。最后,文章选取了感应电动机+恒阻抗的综合负荷模型对微电网不同运行情况下得到的故障数据进行了辨识分析。辨识结果表明微电网接入电网后,随着其内部的微电源出力的变化其对电网综合负荷模型的影响有所不同,当微电源出力较大时,传统的综合负荷模型已不能表示其内部的负荷特性,此时需要新的负荷模型来表示其负荷特性。本文能够为微电网研究提供良好的仿真手段。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-21
  1.1 微电网研究的背景和意义  10-12
  1.2 微电网的发展与研究现状  12-18
    1.2.1 微电网在国外的发展与研究现状  12-15
    1.2.2 微电网在国内的发展与研究现状  15-16
    1.2.3 微电网中微电源的发展现状  16-18
  1.3 本课题的研究意义  18-19
  1.4 本文的研究内容  19-21
第2章微电网中各微电源的数学模型研究  21-32
  2.1 燃料电池模型  21-23
    2.1.1 燃料电池的基本原理  21
    2.1.2 固体氧化物燃料电池的基本模型  21-23
  2.2 光伏电池模型  23-25
    2.2.1 光伏电池的基本原理  23-24
    2.2.2 光伏电池的基本模型  24-25
  2.3 风力发电机模型  25-30
    2.3.1 风力发电机组的基本类型及特点  25-28
    2.3.2 风力发电机的基本原理  28
    2.3.3 风力发电机的基本模型  28-30
  2.4 柴油发电机模型  30-31
  2.5 小结  31-32
第3章各微电源的建模与仿真分析  32-41
  3.1 固体氧化物燃料电池的建模与分析  32-35
    3.1.1 固体氧化物燃料电池的Simulink实现  32-33
    3.1.2 固体氧化物燃料电池的仿真运行  33-35
  3.2 光伏电池的建模与分析  35-37
    3.2.1 光伏电池的Simulink实现  35-36
    3.2.2 光伏电池模型的仿真运行  36-37
  3.3 风力发电机的建模与分析  37-38
    3.3.1 风力发电机的Simulink实现  37-38
    3.3.2 风力发电机模型的仿真运行  38
  3.4 柴油发电机发电机模型的仿真运行  38-40
  3.5 小结  40-41
第4章微电网控制系统设计  41-47
  4.1 微电网的各种控制策略  41-43
    4.1.1 基于下垂特性的电压频率控制(V/f控制)  41
    4.1.2 PQ控制  41-42
    4.1.3 主从控制  42
    4.1.4 基于多代理技术的微电网控制  42-43
  4.2 V/f控制策略的基本原理  43-44
  4.3 微电网控制器的总体结构  44-45
  4.4 控制单元的Simulink实现  45-46
  4.5 小结  46-47
第5章微电网仿真平台的构建与应用  47-60
  5.1 微电网的典型结构  47-48
  5.2 微电网仿真平台构建原则与思路  48
  5.3 微电网仿真平台的构建  48-52
    5.3.1 仿真平台整体模型结构  48-50
    5.3.2 微电网仿真平台的Simulink实现  50-52
  5.4 仿真实例分析  52-55
  5.5 考虑微电网接入影响的负荷建模分析  55-58
    5.5.1 负荷模型结构  55-56
    5.5.2 辨识实例分析  56-58
  5.6 讨论  58-59
  5.7 小结  59-60
结论  60-63
  本文的主要研究内容和成果  60-62
  今后进一步研究工作展望  62-63
参考文献  63-67
致谢  67-68
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  68-69
附录B 攻读学位期间所参加的科研项目  69

微电网建模仿真研究及平台开发

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