基于風力與光伏混合發(fā)電的微網(wǎng)建模和仿真技術(shù)研究

【摘要】：本論文針對風力發(fā)電和光伏發(fā)電混合應(yīng)用的微網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)學建模與仿真模擬開展了一系列的研究工作。目前,基于新能源開發(fā)利用的微網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)還處于試驗階段,因此人們?nèi)狈ξ⒕W(wǎng)建設(shè)的相關(guān)經(jīng)驗,需要提前應(yīng)用準確的模型對其進行有效的仿真運行,根據(jù)仿真結(jié)果完善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和配置,并對可能出現(xiàn)的問題采取預(yù)防措施,確保實際工程的順利進行。本文根據(jù)新能源特性提出了利用風能和太陽能混合發(fā)電的微網(wǎng)系統(tǒng),對系統(tǒng)各部分進行了數(shù)學建模,在電力系統(tǒng)仿真軟件PSCAD/EMTDC中以仿真試驗驗證模型的正確性,并通過仿真實際算例驗證了風光混合發(fā)電微網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)勢。 本文首先對基于新能源的微網(wǎng)系統(tǒng)進行了簡要介紹,討論了發(fā)展清潔綠色新能源的必要性,闡明了進行微網(wǎng)仿真的意義。對微網(wǎng)系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行了詳細論述,并列舉出微網(wǎng)系統(tǒng)的最新研究成果和工程范例。根據(jù)微網(wǎng)的研究現(xiàn)狀指出本文的主要工作在于建立準確的微網(wǎng)數(shù)學模型并搭建有效的仿真模型。 結(jié)合微網(wǎng)的概念與結(jié)構(gòu),從系統(tǒng)級層面對微網(wǎng)系統(tǒng)的控制策略進行了詳細論述。微網(wǎng)有兩種運行方式,并網(wǎng)運行與孤島運行,不同的運行方式對應(yīng)著不同的控制策略,在兩種運行狀態(tài)之間切換時應(yīng)當是平滑地無縫切換。微網(wǎng)運行的基本要求是要滿足負荷的運行要求,保證穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的電能質(zhì)量。風力發(fā)電系統(tǒng)中的風力發(fā)電機有多種類型,本文討論了主要的三種風機類型,分別闡明了它們的工作特點。文章還介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理、過程及應(yīng)用。 永磁直驅(qū)風力發(fā)電機因其可靠簡單等優(yōu)點而具有非常大的發(fā)展?jié)摿?。在并網(wǎng)運行時往往采取最大風能利用的控制策略,根據(jù)風速的變化,通過調(diào)整風力發(fā)電機的葉尖速比和槳距角來實現(xiàn)風力機功率的最大傳輸。孤島運行時,則需要著重對微網(wǎng)進行電壓和頻率控制。通過對風力發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學建模,在PSCAD軟件中進行了仿真。 光伏發(fā)電系統(tǒng)容易受到外界環(huán)境條件的影響,如溫度、光照等因素。當外界條件發(fā)生變化時,光伏發(fā)電系統(tǒng)的狀態(tài)會相應(yīng)地發(fā)生變化。利用最大功率點追蹤原理可以保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的最佳運行狀態(tài)。光伏發(fā)電的控制策略與風力發(fā)電類似,在前級換流電路采取最大功率追蹤控制,在后級逆變器電路進行功率或者電壓的控制。本文對光伏發(fā)電系統(tǒng)也進行了詳細的數(shù)學建模,并在PSCAD軟件中對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行了仿真,通過分析,證明了模型的正確性。 在風力發(fā)電與光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型已經(jīng)建立的基礎(chǔ)上,將二者聯(lián)合組成混合發(fā)電的微網(wǎng)系統(tǒng),對其不同運行狀態(tài)和實際算例進行仿真,結(jié)果表明風力發(fā)電與光伏發(fā)電互補發(fā)電微網(wǎng)系統(tǒng)具備一定的優(yōu)點,從長期來看在運行平穩(wěn)性方面要比單獨類型能源發(fā)電的微網(wǎng)系統(tǒng)更有優(yōu)勢。 【關(guān)鍵詞】：新能源 風力發(fā)電 光伏發(fā)電 混合微網(wǎng) 最大功率追蹤 微網(wǎng)仿真
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM743
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 課題研究背景以及意義12-14
• 1.1.1 基于新能源發(fā)電的微網(wǎng)研究12-13
• 1.1.2 微網(wǎng)系統(tǒng)建模與仿真的意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 本文的主要研究工作17-19
• 1.3.1 研究內(nèi)容17
• 1.3.2 研究意義17-19
• 第二章 微網(wǎng)系統(tǒng)及微源概述19-26
• 2.1 微網(wǎng)的概念、結(jié)構(gòu)及控制策略19-22
• 2.1.1 微網(wǎng)的概念19
• 2.1.2 微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)19-21
• 2.1.3 微網(wǎng)的控制策略21-22
• 2.2 風光微源技術(shù)簡介22-25
• 2.2.1 風力發(fā)電技術(shù)22-24
• 2.2.2 光伏發(fā)電技術(shù)24-25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 第三章 風力發(fā)電系統(tǒng)的控制、建模及仿真分析26-40
• 3.1 風力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特性26
• 3.2 永磁直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)的控制26-30
• 3.2.1 最大風能追蹤理論26-29
• 3.2.2 永磁直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)的控制策略29-30
• 3.3 永磁直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)的建模30-33
• 3.3.1 風速的數(shù)學模型30-31
• 3.3.2 風力機的數(shù)學模型31
• 3.3.3 永磁同步發(fā)電機的數(shù)學模型31-32
• 3.3.4 換流器的數(shù)學模型32-33
• 3.4 永磁直驅(qū)風力發(fā)電系統(tǒng)的仿真分析33-39
• 3.4.1 風力發(fā)電系統(tǒng)仿真模型的搭建33-36
• 3.4.2 風力發(fā)電系統(tǒng)仿真運行與分析36-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第四章 光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制、建模及仿真分析40-54
• 4.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特性40-41
• 4.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制41-45
• 4.2.1 最大功率點跟蹤41-44
• 4.2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制策略44-45
• 4.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的建模45-49
• 4.3.1 光伏電池的數(shù)學模型45-48
• 4.3.2 換流器模型48-49
• 4.4 光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真分析49-52
• 4.4.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真模型的搭建49-50
• 4.4.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真運行與分析50-52
• 4.5 本章小結(jié)52-54
• 第五章 風力及光伏混合發(fā)電微網(wǎng)系統(tǒng)的仿真研究54-60
• 5.1 風光混合發(fā)電微網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制54-55
• 5.1.1 風光混合能源微網(wǎng)系統(tǒng)的仿真結(jié)構(gòu)54
• 5.1.2 風光混合能源微網(wǎng)系統(tǒng)的控制54-55
• 5.2 系統(tǒng)仿真分析55-59
• 5.2.1 微網(wǎng)系統(tǒng)不同運行狀態(tài)下的仿真分析55-57
• 5.2.2 系統(tǒng)仿真的實際算例應(yīng)用57-59
• 5.3 本章小結(jié)59-60
• 第六章 結(jié)論60-62
• 參考文獻62-66
• 致謝66-67
• 攻讀碩士學位期間取得的科研成果67-68
• 學位論文評閱及答辯情況表68

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