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基于化石能源日益枯竭和环境保护的考虑,加上单纯依赖大电网供电存在的安全缺陷,利用清洁能源的分布式发电技术受到了日益广泛的关注与重视。由于分布式电源与用户联系紧密,且相对大电网是不可控源,当电力系统发生故障时,常常需要分布式电源与用户形成孤立小电网运行。对这一新型电网-微电网的研究应运而生。微电网将分布式电源、储能装置、控制系统和电力负荷集成一体,是未来分布式电源的主要运行模式。研究掌握微电网系统的关键理论和控制技术有助于可再生能源的大规模高效集成利用,对我国能源战略的实施具有重要意义。
本文以3种常见的微电源为主要研究对象,在分析微电源工作原理的基础上,建立了它们的仿真模型,考察了它们的运行特性,为微电网仿真建模与运行分析技术的发展奠定了基础。主要研究工作包括:
1.分析微型燃气轮机的工作原理和动态与稳态特性,建立微型燃气轮机的数学模型,搭建微型燃气轮机的仿真模型,考察微型燃气轮机的启动和负荷跟随特性。
2.分析光伏电池发电的工作原理和动态与稳态特性,建立光伏电池的数学模型,搭建光伏电池的仿真模型。分析比较了多种光伏电池最大功率点跟踪方法,编写了改进的变步长光伏电池最大功率跟踪程序。采用DC/AC逆变技术,实现了光伏电池阵列的并网运行。
3.分析风力发电机的工作原理和动态与稳态特性,建立了风力发电机-异步发电机组的仿真模型,仿真分析了风力发电机组单机系统和并网运行特性。
4.搭建含微型燃气轮机、光伏阵列发电、风力发电机三种微电源的微电网仿真模型。对微电网的稳定运行提出了一些见解,并对微型燃气轮机和风力发电机的并列运行特性进行了仿真分析。
本文对微电网与微电源的仿真建模与运行控制研究现状进行了较为深入地综述,建立了3种常见微电源的仿真模型,分析研究了它们的独立与并网运行特性。搭建了含此3种微电源的微电网系统的仿真模型,对微型燃气轮机和风力发电机两种微电源并列运行的微电网特性进行了仿真分析。所进行的工作有助于完整的微电网运行仿真数字实验平台的搭建,具有一定的理论意义和参考价值。