考虑燃料电池和光伏发电的综合负荷建模

【摘要】：电力系统的仿真计算是电力系统的运行分析、规划设计的基本决策依据，其计算结果准确与否直接关系到电力系统能否安全稳定地运行。由于电力系统负荷具有随机性、分布性、时变性、多样性及高度非线性等特点，给电力系统综合负荷建模带来很大困难，目前电网仿真计算所用的综合负荷模型不够成熟，特别是分布式电源广泛接入以后，传统的负荷模型将发生变化。分布式电源（DistributedGenerating Source，DGS）的大量出现，改变了传统配电网的负荷组成和拓扑结构，给电力系统分析与运行控制带来一系列新的亟待解决的理论方法与技术问题，考虑分布式电源影响的配电网综合负荷建模即是其中之一。光伏发电（PhotovoltaicCell，PV）和燃料电池（Fuel Cell， FC）发电的诸多优点，使得这两种直流电源的装机容量不断增加，因此，研究光伏发电和燃料电池发电系统的负荷建模具有重要的理论和实际意义。 本文首先比较分析了分布式发电和传统发电在经济性和环保性上的差别，分析了分布式发电系统对电网带来的影响；在此基础上，对燃料电池（Fuel cell，FC）发电系统的运行原理、各模块的数学模型和并网装置的控制策略进行了详细的阐述，并基于Matlab/Simulink仿真工具箱构建了完整的燃料电池发电系统，通过实验仿真对其运行特性进行了机理分析。通过对FC发电系统的稳态和动态运行特性的仿真分析，须将FC看作一个功率消耗为负的广义动态负荷，因此提出用二阶微分状态方程描述的FC等效模型；通过对不同扰动强度下的仿真建模比较分析，验证了该等效描述模型的有效性；通过模型适用性检验，验证了该模型良好的泛化能力和参数稳定性。 为研究包含光伏发电的配电网综合负荷建模，本文首先详细阐述了光伏电池仿真数学模型，并采用适合光伏电池的双环控制并网控制策略，在Matlab/Simulink仿真工具中构建了完整的PV发电系统；PV作为典型的直流分布式电源，其受环境因素影响较大，白天有阳光，功率输出较大，夜晚基本没有功率输出，所以须通过MPPT、DC/DC和DC/AC变换控制，同时增加蓄电池模块平抑PV发电系统的出力波动，通过对PV发电系统的稳态和动态运行特性进行初步仿真分析，可以将PV看作恒功率的静态负荷，并验证了PV等效模型的自描述能力。 【关键词】：电力负荷模型 分布式电源 光伏电池 燃料电池 广义动态负荷 动态等效模型 总体测辨法
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM714
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 本课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 分布式发电和传统发电特性比较11-14
• 1.2.1 分布式发电的经济性12-13
• 1.2.2 传统发电对环境的影响13
• 1.2.3 分布式发电对环境的影响13-14
• 1.3 分布式发电系统的主要技术问题14-18
• 1.3.1 分布式智能控制15
• 1.3.2 分布式发电对电网影响15-18
• 1.3.2.1 分布式发电对电力系统电压的影响16
• 1.3.2.2 分布式发电对电力系统电能质量的影响16-17
• 1.3.2.3 分布式发电对继电保护的影响17
• 1.3.2.4 分布式发电对电力市场的影响17-18
• 1.4 分布式发电负荷建模18-19
• 1.5 本文的主要工作19-20
• 第二章 燃料电池的数字仿真模型20-28
• 2.1 燃料电池的发展现状20
• 2.2 燃料电池的工作原理20-21
• 2.3 燃料电池发电系统21-23
• 2.4 燃料电池分类23-24
• 2.5 燃料电池发电系统建模24-27
• 2.5.1 SOFC 数学建模24-26
• 2.5.2 基于 Matlab/Simulink 的 SOFC 建模26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第三章 燃料电池等效建模方法28-37
• 3.1 燃料电池发电系统的机电暂态等效描述28-31
• 3.1.1 暂态过程中 SOFC 的动态特性28-29
• 3.1.2 SOFC 的等值电路模型29
• 3.1.3 SOFC 的等值数学模型29-31
• 3.2 燃料电池发电系统建模校验31-35
• 3.2.1 模型参数辨识以及模型检验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 模型的参数稳定性35
• 3.4 讨论35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 光伏发电系统建模37-55
• 4.1 光伏电池的发展现状37-38
• 4.2 光伏电池的工作原理38-40
• 4.3 光伏电池发电系统建模40-46
• 4.3.1 光伏电池数学模型41-43
• 4.3.2 最大功率点跟踪控制43-44
• 4.3.3 PV 并网控制策略44-46
• 4.4 PV 的运行特性46-49
• 4.4.1 光照强度 G 对输出功率影响46-47
• 4.4.2 电池温度 T 对输出功率影响47
• 4.4.3 串联阻抗 Rs对输出功率影响47-48
• 4.4.4 并联阻抗 Rsh对输出功率影响48-49
• 4.4.5 光伏电池效率49
• 4.5 PV 发电系统的等效特性描述49-51
• 4.5.1 PV 的静态特性49-50
• 4.5.2 PV 的动态特性50-51
• 4.6 PV 的孤岛效应51-53
• 4.7 本章小结53-55
• 结论55-57
• 参考文献57-62
• 致谢62-63
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录63-64
• 附录 B 攻读学位期间所参加的科研项目64

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