考慮燃料電池和光伏發(fā)電的綜合負荷建模

【摘要】：電力系統(tǒng)的仿真計算是電力系統(tǒng)的運行分析、規(guī)劃設計的基本決策依據，其計算結果準確與否直接關系到電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定地運行。由于電力系統(tǒng)負荷具有隨機性、分布性、時變性、多樣性及高度非線性等特點，給電力系統(tǒng)綜合負荷建模帶來很大困難，目前電網仿真計算所用的綜合負荷模型不夠成熟，特別是分布式電源廣泛接入以后，傳統(tǒng)的負荷模型將發(fā)生變化。分布式電源（DistributedGenerating Source，DGS）的大量出現，改變了傳統(tǒng)配電網的負荷組成和拓撲結構，給電力系統(tǒng)分析與運行控制帶來一系列新的亟待解決的理論方法與技術問題，考慮分布式電源影響的配電網綜合負荷建模即是其中之一。光伏發(fā)電（PhotovoltaicCell，PV）和燃料電池（Fuel Cell， FC）發(fā)電的諸多優(yōu)點，使得這兩種直流電源的裝機容量不斷增加，因此，研究光伏發(fā)電和燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的負荷建模具有重要的理論和實際意義。 本文首先比較分析了分布式發(fā)電和傳統(tǒng)發(fā)電在經濟性和環(huán)保性上的差別，分析了分布式發(fā)電系統(tǒng)對電網帶來的影響；在此基礎上，對燃料電池（Fuel cell，FC）發(fā)電系統(tǒng)的運行原理、各模塊的數學模型和并網裝置的控制策略進行了詳細的闡述，并基于Matlab/Simulink仿真工具箱構建了完整的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，通過實驗仿真對其運行特性進行了機理分析。通過對FC發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)運行特性的仿真分析，須將FC看作一個功率消耗為負的廣義動態(tài)負荷，因此提出用二階微分狀態(tài)方程描述的FC等效模型；通過對不同擾動強度下的仿真建模比較分析，驗證了該等效描述模型的有效性；通過模型適用性檢驗，驗證了該模型良好的泛化能力和參數穩(wěn)定性。 為研究包含光伏發(fā)電的配電網綜合負荷建模，本文首先詳細闡述了光伏電池仿真數學模型，并采用適合光伏電池的雙環(huán)控制并網控制策略，在Matlab/Simulink仿真工具中構建了完整的PV發(fā)電系統(tǒng)；PV作為典型的直流分布式電源，其受環(huán)境因素影響較大，白天有陽光，功率輸出較大，夜晚基本沒有功率輸出，所以須通過MPPT、DC/DC和DC/AC變換控制，同時增加蓄電池模塊平抑PV發(fā)電系統(tǒng)的出力波動，通過對PV發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)運行特性進行初步仿真分析，可以將PV看作恒功率的靜態(tài)負荷，并驗證了PV等效模型的自描述能力。 【關鍵詞】：電力負荷模型 分布式電源 光伏電池 燃料電池 廣義動態(tài)負荷 動態(tài)等效模型 總體測辨法
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TM714
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 本課題研究的背景和意義10-11
• 1.2 分布式發(fā)電和傳統(tǒng)發(fā)電特性比較11-14
• 1.2.1 分布式發(fā)電的經濟性12-13
• 1.2.2 傳統(tǒng)發(fā)電對環(huán)境的影響13
• 1.2.3 分布式發(fā)電對環(huán)境的影響13-14
• 1.3 分布式發(fā)電系統(tǒng)的主要技術問題14-18
• 1.3.1 分布式智能控制15
• 1.3.2 分布式發(fā)電對電網影響15-18
• 1.3.2.1 分布式發(fā)電對電力系統(tǒng)電壓的影響16
• 1.3.2.2 分布式發(fā)電對電力系統(tǒng)電能質量的影響16-17
• 1.3.2.3 分布式發(fā)電對繼電保護的影響17
• 1.3.2.4 分布式發(fā)電對電力市場的影響17-18
• 1.4 分布式發(fā)電負荷建模18-19
• 1.5 本文的主要工作19-20
• 第二章 燃料電池的數字仿真模型20-28
• 2.1 燃料電池的發(fā)展現狀20
• 2.2 燃料電池的工作原理20-21
• 2.3 燃料電池發(fā)電系統(tǒng)21-23
• 2.4 燃料電池分類23-24
• 2.5 燃料電池發(fā)電系統(tǒng)建模24-27
• 2.5.1 SOFC 數學建模24-26
• 2.5.2 基于 Matlab/Simulink 的 SOFC 建模26-27
• 2.6 本章小結27-28
• 第三章 燃料電池等效建模方法28-37
• 3.1 燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的機電暫態(tài)等效描述28-31
• 3.1.1 暫態(tài)過程中 SOFC 的動態(tài)特性28-29
• 3.1.2 SOFC 的等值電路模型29
• 3.1.3 SOFC 的等值數學模型29-31
• 3.2 燃料電池發(fā)電系統(tǒng)建模校驗31-35
• 3.2.1 模型參數辨識以及模型檢驗31-33
• 3.2.2 模型的描述能力33-34
• 3.2.3 模型的泛化能力34-35
• 3.3 模型的參數穩(wěn)定性35
• 3.4 討論35-36
• 3.5 本章小結36-37
• 第四章 光伏發(fā)電系統(tǒng)建模37-55
• 4.1 光伏電池的發(fā)展現狀37-38
• 4.2 光伏電池的工作原理38-40
• 4.3 光伏電池發(fā)電系統(tǒng)建模40-46
• 4.3.1 光伏電池數學模型41-43
• 4.3.2 最大功率點跟蹤控制43-44
• 4.3.3 PV 并網控制策略44-46
• 4.4 PV 的運行特性46-49
• 4.4.1 光照強度 G 對輸出功率影響46-47
• 4.4.2 電池溫度 T 對輸出功率影響47
• 4.4.3 串聯阻抗 Rs對輸出功率影響47-48
• 4.4.4 并聯阻抗 Rsh對輸出功率影響48-49
• 4.4.5 光伏電池效率49
• 4.5 PV 發(fā)電系統(tǒng)的等效特性描述49-51
• 4.5.1 PV 的靜態(tài)特性49-50
• 4.5.2 PV 的動態(tài)特性50-51
• 4.6 PV 的孤島效應51-53
• 4.7 本章小結53-55
• 結論55-57
• 參考文獻57-62
• 致謝62-63
• 附錄 A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文目錄63-64
• 附錄 B 攻讀學位期間所參加的科研項目64

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