微网系统中分布式电源的建模与仿真

伴随着能源问题的出现和人们对电能质量与安全可靠性的要求越来越高，传统大型集中式电网的弊端已日益显露。与此相比，微网系统则具有明显的环境效益和社会效益，近年来已成为国内外的研究热点。而研究微网则必须要从研究其核心组成部分——分布式电源开始。本文就此着重对燃料电池发电系统、光伏发电系统和风力发电系统这三种常应用于微网系统中的分布式电源的数学模型和并网控制策略进行了深入研究，其具体内容如下： 1)燃料电池发电系统：以固体氧化物燃料电池(SOFC)为研究对象，基于能量平衡、物质平衡和电压输出方程三个方面，建立了SOFC的动态数学模型，充分考虑了SOFC发电过程中温度变化、物质分压强变化以及各极化损失电压。并在PSCAD/EMTDC软件环境下，搭建了SOFC详细的仿真模型，通过仿真分析验证了此模型的精确性。最后通过对负载电流和燃料流量突变的模拟，仿真分析了SOFC的各电输出响应变化的特点，有效的反应了SOFC的动态性能。 2)光伏发电系统：基于光伏发电的原理，建立了光伏阵列的外特性等效数学模型。详细说明了光伏发电需要进行最大功率点跟踪(MPPT)的必要性，并且重点阐述了两种MPPT算法：牛顿拉弗逊法和电导增量法。针对三相光伏发电系直接并网时的要求，采用了一种MPPT与单位功率因素相结合的并网控制策略，同时保证了并网过程中光伏阵列的最大功率输出和网侧逆变器的单位功率因素输出。最后在PSCAD/EMTDC软件中建立了相应的光伏并网发电算例系统模型，通过仿真验证了本文所提出相关模型和控制策略的有效性。 3)风力发电系统：基于风力发电的基本原理和电机学的基本知识，分别建立了风速、风力机、轴系传动系统以及同步旋转坐标系下永磁同步电机(PMSG)和双馈异步电机(DFIG)的数学模型。具体描述了风力发电过程中最大风能捕获的基本原理，并且提出了相应的浆距角控制策略。分别对PMSG和DFIG风力发电系统并网过程中的控制原理进行了详细分析，在此基础之上，完成了其相应的网侧逆变器和机侧变流器的控制策略建模。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中分别建立了相应的PMSG和DFIG风电并网系统算例模型，通过仿真验证了本文所建立的相关模型和控制策略的有效性。