基于风力与光伏混合发电的微网建模和仿真技术研究

【摘要】：本论文针对风力发电和光伏发电混合应用的微网系统的数学建模与仿真模拟开展了一系列的研究工作。目前,基于新能源开发利用的微网系统建设还处于试验阶段,因此人们缺乏微网建设的相关经验,需要提前应用准确的模型对其进行有效的仿真运行,根据仿真结果完善系统结构和配置,并对可能出现的问题采取预防措施,确保实际工程的顺利进行。本文根据新能源特性提出了利用风能和太阳能混合发电的微网系统,对系统各部分进行了数学建模,在电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC中以仿真试验验证模型的正确性,并通过仿真实际算例验证了风光混合发电微网系统的优势。 本文首先对基于新能源的微网系统进行了简要介绍,讨论了发展清洁绿色新能源的必要性,阐明了进行微网仿真的意义。对微网系统的国内外研究现状进行了详细论述,并列举出微网系统的最新研究成果和工程范例。根据微网的研究现状指出本文的主要工作在于建立准确的微网数学模型并搭建有效的仿真模型。 结合微网的概念与结构,从系统级层面对微网系统的控制策略进行了详细论述。微网有两种运行方式,并网运行与孤岛运行,不同的运行方式对应着不同的控制策略,在两种运行状态之间切换时应当是平滑地无缝切换。微网运行的基本要求是要满足负荷的运行要求,保证稳定优质的电能质量。风力发电系统中的风力发电机有多种类型,本文讨论了主要的三种风机类型,分别阐明了它们的工作特点。文章还介绍了光伏发电系统的工作原理、过程及应用。 永磁直驱风力发电机因其可靠简单等优点而具有非常大的发展潜力。在并网运行时往往采取最大风能利用的控制策略,根据风速的变化,通过调整风力发电机的叶尖速比和桨距角来实现风力机功率的最大传输。孤岛运行时,则需要着重对微网进行电压和频率控制。通过对风力发电系统数学建模,在PSCAD软件中进行了仿真。 光伏发电系统容易受到外界环境条件的影响,如温度、光照等因素。当外界条件发生变化时,光伏发电系统的状态会相应地发生变化。利用最大功率点追踪原理可以保证光伏发电系统的最佳运行状态。光伏发电的控制策略与风力发电类似,在前级换流电路采取最大功率追踪控制,在后级逆变器电路进行功率或者电压的控制。本文对光伏发电系统也进行了详细的数学建模,并在PSCAD软件中对光伏发电系统进行了仿真,通过分析,证明了模型的正确性。 在风力发电与光伏发电系统的仿真模型已经建立的基础上,将二者联合组成混合发电的微网系统,对其不同运行状态和实际算例进行仿真,结果表明风力发电与光伏发电互补发电微网系统具备一定的优点,从长期来看在运行平稳性方面要比单独类型能源发电的微网系统更有优势。 【关键词】：新能源 风力发电 光伏发电 混合微网 最大功率追踪 微网仿真
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM743
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 课题研究背景以及意义12-14
• 1.1.1 基于新能源发电的微网研究12-13
• 1.1.2 微网系统建模与仿真的意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-17
• 1.2.1 国外研究现状14-16
• 1.2.2 国内研究现状16-17
• 1.3 本文的主要研究工作17-19
• 1.3.1 研究内容17
• 1.3.2 研究意义17-19
• 第二章 微网系统及微源概述19-26
• 2.1 微网的概念、结构及控制策略19-22
• 2.1.1 微网的概念19
• 2.1.2 微网的结构19-21
• 2.1.3 微网的控制策略21-22
• 2.2 风光微源技术简介22-25
• 2.2.1 风力发电技术22-24
• 2.2.2 光伏发电技术24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 风力发电系统的控制、建模及仿真分析26-40
• 3.1 风力发电系统的结构及特性26
• 3.2 永磁直驱风力发电系统的控制26-30
• 3.2.1 最大风能追踪理论26-29
• 3.2.2 永磁直驱风力发电系统的控制策略29-30
• 3.3 永磁直驱风力发电系统的建模30-33
• 3.3.1 风速的数学模型30-31
• 3.3.2 风力机的数学模型31
• 3.3.3 永磁同步发电机的数学模型31-32
• 3.3.4 换流器的数学模型32-33
• 3.4 永磁直驱风力发电系统的仿真分析33-39
• 3.4.1 风力发电系统仿真模型的搭建33-36
• 3.4.2 风力发电系统仿真运行与分析36-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 光伏发电系统的控制、建模及仿真分析40-54
• 4.1 光伏发电系统的结构及特性40-41
• 4.2 光伏发电系统的控制41-45
• 4.2.1 最大功率点跟踪41-44
• 4.2.2 光伏发电系统的控制策略44-45
• 4.3 光伏发电系统的建模45-49
• 4.3.1 光伏电池的数学模型45-48
• 4.3.2 换流器模型48-49
• 4.4 光伏发电系统的仿真分析49-52
• 4.4.1 光伏发电系统仿真模型的搭建49-50
• 4.4.2 光伏发电系统的仿真运行与分析50-52
• 4.5 本章小结52-54
• 第五章 风力及光伏混合发电微网系统的仿真研究54-60
• 5.1 风光混合发电微网系统的结构与控制54-55
• 5.1.1 风光混合能源微网系统的仿真结构54
• 5.1.2 风光混合能源微网系统的控制54-55
• 5.2 系统仿真分析55-59
• 5.2.1 微网系统不同运行状态下的仿真分析55-57
• 5.2.2 系统仿真的实际算例应用57-59
• 5.3 本章小结59-60
• 第六章 结论60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果67-68
• 学位论文评阅及答辩情况表68

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