含多种分布式电源的微网动态建模与仿真研究

Research on Dynamic Modeling and Simulation of Microgrid with Different Types of Distributed Generation

作者: 专业:电力系统及其自动化 导师:李庚银 年度:2011 学位:硕士  院校: 华北电力大学(北京)

Keywords

distributed generation, microgrid, dynamic simulation, grid-following, converter, PSCAD/EMTDC

        进入21世纪以来,在集中发电、远距离输电的大型互联网络系统蓬勃发展的同时,将分布式发电供能系统以微型电网的形式接入电网并网运行,与大电网互为支撑,已逐渐成为电网新的发展方向。近年来,微型电网作为发展可再生能源的有效实现形式和我国建设坚强智能电网的重要组成部分已引起政府、企业和高校的广泛关注。随着微网研究工作的开展,无论是研究大电网相互作用的机理,还是研究在各种扰动下的复杂动态行为,无论是研究保护与控制问题,还是规划设计问题,都离不开强有力的仿真手段。因此,本文通过对几种主要的分布式电源原动机及其换流系统整体建模,进而构建含有多种分布式供能系统的微网综合仿真系统模型能够为后续研究工作的深入开展提供基础性的模型支撑,具有重要的意义。本文着重分析了微网中几种重要的分布式电源特性,分别建立了交流型微电源包括微型燃气轮机和永磁直驱风力发电机原动力机部分数学模型,以及直流型微电源包括太阳能光伏阵列数学模型,并基于电网跟随控制理论针对不同分布式电源配套设计了交互式及非交互式控制机换流系统。在深入分析了微网结构、分布式电源特性和系统控制策略的基础上,基于华北电力大学微网实验室建设报告并参考美国CERTS经典微电网模型,在PSCAD平台上构建了含有多种分布式电源的整体微电网综合仿真系统。最后通过算例来验证模型和算法的有效性。
    In the wake of 21st century, with the flourishing development of central power generation, long-distance transmission system and large-scale interconnected power system, the distributed generation system which is connected to the power grid in a microgrid form, has become the most effective way to make use of the distributed power supply and will be the future of power grid.Recently, as an effective utilization form of renewable energy and an important component in construction of smart grid project, microgrid has caused extensive concern by the government, enterprises, universities and electrical research institutions. With the rapid development of study on microgrid, any study of power grid, cither the principle of interaction of high penetration microgrid with the bulk power system or the planning theory and method of new distribution system containing microgrids, or the protection and control of microgrid, or the optimization method of energy management, could not reach a clear-cut conclusion without the cogent means of simulation.Accordingly, The main research work of the thesis is aimed at research of several representative distributed power systems, and development of a complete mathematic dynamic microgrid model, which includes the distributed generation, the permanent magnet synchronous generator, the three-phase bridge AC to DC rectifier, the boost converter and the DC to AC inverter. As a generic model, it has the vital significance and be helpful to further study on microgrid.
        

含多种分布式电源的微网动态建模与仿真研究

摘要5-6
Abstract6
第1章 绪论9-16
    1.1 课题研究背景9-10
    1.2 国内外研究现状10-14
        1.2.1 国外研究现状10-12
        1.2.2 国内研究现状及发展前景12-14
    1.3 课题主要研究内容14-16
        1.3.1 选题意义14-15
        1.3.2 主要研究内容15-16
第2章 微电源及微网控制理论概述16-24
    2.1 几种主要的分布式电源技术16-18
        2.1.1 微型燃气轮机16
        2.1.2 风力发电机16-17
        2.1.3 光伏电池17
        2.1.4 燃料电池17-18
    2.2 微网的概念和基本结构18-20
        2.2.1 微网的概念18
        2.2.2 微网基本结构18-20
    2.3 微网控制关键技术20-22
        2.3.1 电网跟随控制20-21
        2.3.2 电网形成控制21-22
    2.4 本章小结22-24
第3章 交流型微电源供能系统建模与仿真研究24-41
    3.1 微型燃气轮机发电系统24-31
        3.1.1 微型燃气轮机结构及性能指标24-25
        3.1.2 微型燃气轮机模型的建立25-27
        3.1.3 永磁同步发电机模型27-28
        3.1.4 换流器模型28-30
        3.1.5 仿真分析30-31
    3.2 永磁直驱风力发电系统31-40
        3.2.1 永磁直驱风力发电系统基本结构31-32
        3.2.2 风速模型32-34
        3.2.3 风力机模型34-36
        3.2.4 换流器模型36-37
        3.2.5 仿真分析37-40
    3.3 本章小结40-41
第4章 直流型微电源供能系统建模与仿真研究41-53
    4.1 太阳能光伏电池结构及性能指标41-43
    4.2 光伏电池仿真模型研究43-47
        4.2.1 标准物理模型43-44
        4.2.2 工程等效模型44-45
        4.2.3 光伏模块设计45-47
    4.3 光伏电池最大功率跟踪控制47-48
        4.3.1 基于Boost电路的光伏最大功率跟踪原理47-48
        4.3.2 PWM调制Boost斩波器设计模型48
    4.4 仿真分析48-52
        4.4.1 标准环境下光伏阵列MPPT仿真49-50
        4.4.2 太阳辐照度变化情况下的仿真分析50-51
        4.4.3 光伏阵列温度变化情况下的仿真分析51-52
    4.5 本章小结52-53
第5章 含多种分布式电源的微网动态建模与仿真研究53-61
    5.1 风光互补发电系统仿真分析53-55
        5.1.1 风光互补系统模型53-54
        5.1.2 仿真分析54-55
    5.2 含多种分布式电源的微网仿真分析55-60
        5.2.1 微网系统模型55-57
        5.2.2 仿真分析57-60
    5.3 本章小结60-61
第6章 结论与展望61-63
    6.1 总结61-62
    6.2 展望62-63
参考文献63-67
攻读硕士学位期间发表的论文67-68
攻读硕士学位期间参加的科研工作68-69
致谢69
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