光伏和风力发电系统的动态建模

【摘要】：在能源紧张和环境污染的双重压力之下,世界各国争相开发以太阳能和风能为代表的可再生能源。光伏发电和风力发电是太阳能和风能的主要利用形式。建立光伏发电系统和风力发电系统的详细电磁暂态模型有利于研究发电系统本身的控制策略、系统参数设计、谐波分析与治理等问题；建立简化的但又能反应系统动态运行特性的机电暂态模型,有利于研究光伏或风力发电系统与电网的交互影响、动态稳定、协调控制等电网层面问题。 本文研究了光伏并网发电系统与风力发电系统的电磁暂态与机电暂态建模问题,主要内容如下： (1)研究了双级式光伏并网发电系统的电磁暂态与机电暂态建模问题。首先提出了一种光伏阵列模型参数获取方法,然后在分析基本运行原理的基础上建立了双级式光伏并网发电系统的详细电磁暂态模型。通过分别分析光伏阵列、DC/DC变换器和DC/AC变换器的功率特性,建立了光伏发电系统的机电暂态模型。采用粒子群优化算法(PSO)对所建立的机电暂态模型进行参数辨识,通过仿真对比证实所建立的机电暂态模型能反映光伏系统的动态特性。 (2)研究了直驱式永磁同步风力发电系统的电磁暂态与机电暂态建模问题。建模对象选用双PWM结构的永磁直驱风力系统,在分析基本运行原理的基础上建立了直驱式永磁同步风力发电系统的详细电磁暂态模型。将普通同步发电机的三阶暂态模型进行适当调整、演化,建立了双PWM结构永磁直驱风力发电系统的机电暂态模型,采用PSO算法进行参数辨识,得到所建机电暂态模型的相关参数。通过仿真对比证实,机电暂态模型与电磁暂态模型在电网电压变化时功率响应特性接近。 (3)研究了双馈风力发电系统的电磁暂态与机电暂态建模问题。按照基本运行原理建立了双馈风力发电系统的电磁暂态模型,在机电暂态模型中通过代数计算和一阶惯性环节代替了电力电子器件的开关动作。通过仿真证实,简化后的机电暂态模型可以反映风电系统对电网电压和风速变化的响应,若仅仿真风速变化,机电暂态模型可以进一步省略定子暂态过程。 【关键词】：光伏并网发电系统 直驱式永磁同步风力发电系统 双馈风力发电系统 电磁暂态模型 机电暂态模型
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614;TM615
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-19
• 1.2.1 国内外光伏发展现状10-13
• 1.2.2 国内外风电发展现状13-17
• 1.2.3 光伏和风力发电系统模型研究现状17-19
• 1.3 论文的主要工作19-21
• 第2章 光伏并网发电系统建模21-46
• 2.1 光伏发电系统简介21-22
• 2.2 光伏并网发电系统结构22-23
• 2.3 光伏阵列模型23-29
• 2.3.1 光伏电池模型23-25
• 2.3.2 仿真验证25-26
• 2.3.3 不同模型对比26-29
• 2.4 双级式光伏并网系统电磁暂态建模与仿真29-38
• 2.4.1 双级式光伏并网发电系统结构29
• 2.4.2 前级DC/DC变换器控制策略29-32
• 2.4.3 后级DC/AC逆变器控制策略32-35
• 2.4.4 电磁暂态仿真分析35-38
• 2.5 光伏并网发电系统机电暂态建模与仿真38-44
• 2.5.1 光伏阵列建模38-41
• 2.5.2 前级DC/DC变换器损耗分析41-42
• 2.5.3 后级DC/AC逆变器损耗分析42
• 2.5.4 光伏系统整体模型42-44
• 2.6 本章小结44-46
• 第3章 永磁直驱风力发电并网系统建模46-62
• 3.1 永磁直驱风力发电系统简介46-47
• 3.2 风力机模型47-49
• 3.3 永磁直驱风力发电系统电磁暂态建模与仿真49-56
• 3.3.1 机侧PWM变换器控制策略49-52
• 3.3.2 网侧PWM变换器控制策略52-53
• 3.3.3 桨距角控制策略53-54
• 3.3.4 电磁暂态仿真分析54-56
• 3.4 永磁直驱风力发电系统机电暂态建模56-61
• 3.4.1 同步发电机机电暂态模型57-58
• 3.4.2 永磁直驱风力发电系统机电暂态模型58-59
• 3.4.3 初始值确立59-60
• 3.4.4 机电暂态模型参数辨识60-61
• 3.5 本章小结61-62
• 第4章 双馈风力发电并网系统建模62-83
• 4.1 双馈风力发电系统简介62
• 4.2 风力机与传动系统模型62-64
• 4.2.1 风力机模型62-63
• 4.2.2 传动系统模型63-64
• 4.3 双馈风力发电系统电磁暂态建模与仿真64-74
• 4.3.1 双馈异步发电机模型64-65
• 4.3.2 转子侧PWM变换器控制策略65-69
• 4.3.3 电网侧PWM变换器控制策略69-70
• 4.3.4 桨距角控制策略70
• 4.3.5 电磁暂态仿真分析70-74
• 4.4 双馈风力发电系统机电暂态建模与仿真74-81
• 4.4.1 转子侧PWM变换器模型75-76
• 4.4.2 电网侧PWM变换器模型76
• 4.4.3 感应发电机机电暂态模型76-78
• 4.4.4 机电暂态仿真分析78-81
• 4.5 本章小结81-83
• 第5章 总结与展望83-85
• 5.1 全文工作总结83-84
• 5.2 后续工作展望84-85
• 参考文献85-89
• 作者简历及攻读硕士学位期间科研成果89

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