（高电压与绝缘技术专业论文）微电源控制方法与微电网暂态特性研究.pdf

i l 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 幽堑 日期：翌! 竺：竺! ： 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印 刷件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：直整垒导师签名：在么函日期：盟1 1 1 1 微电网研究意义。1 1 2 微电网技术概念。3 1 2 1 微电网基本结构3 1 2 2 微电网中的电源系统4 1 3 微电网研究及发展现状11 1 3 1 微电网研究现状一1 1 1 3 2 微电网研究中的关键问题。1 3 1 4 本文的主要研究内容1 6 第二章微电源控制及微电网动态仿真分析17 2 1 微电源控制方法l7 2 1 1 基于下垂特性的v f 控制1 8 2 1 2p q 控制2 2 2 2 微电源逆变器数学建模及其控制系统设计2 3 2 2 1 微电源逆变器数学模型分析2 3 2 2 2 微电源逆变器控制系统设计2 6 2 3 基于m a t l a b s i m u l i n k 的微电网模型4 2 2 3 1 主电路模型4 2 2 3 2 控制系统模型4 3 2 4 微电网的动态仿真分析4 4 ，2 4 1 单个微电源运行仿真分析4 4 2 4 2 微电源组网运行仿真分析4 8 2 5 本章小结5 2 第三章微电网故障暂态分析及抑制方法研究5 3 3 1 电感型故障限流器的暂态模型5 3 3 2 微电网故障暂态仿真分析5 4 3 2 1 并网运行情况下发生故障5 4 3 2 2 独立运行情况下发生故障5 7 3 3f c l 的故障暂态抑制作用分析5 9 3 3 1 不同短路故障情况下的暂态分析5 9 3 3 2 不同f c l 限流电抗情况下的暂态分析。6 0 山东大学硕士学位论文 3 4 本章小结6 0 第四章基于微电源模型的微电网动态分析6 1 4 1 微电源建模6 l 4 1 1 柴油发电系统模型6 1 4 1 2 三相对称异步发电机模型6 2 4 1 3 风力发电模型6 3 4 1 4 蓄电池模型6 4 4 2 微电源动态特性仿真分析6 5 4 3 本章小结7 2 第五章结论一7 3 参考文献7 5 致谢8 l 攻读学位期间发表的学术论文目录。8 2 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i l l c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1r e s e a r c hs i g n i f i c a n c eo fm i c r o g r i d 1 1 2c o n c e p t i o no fm i c r o g r i dt e c h n o l o g y 3 1 2 1f u n d a m e n t a ls t r u c t u r eo f m i c r o g r i d 3 1 2 2p o w e rs o u r c ei nm i c r o g r i d 4 1 3d e v e l o p m e n to f m i c r o g r i d 11 1 3 1r e v i e wo f m i c r o g r i dr e s e a r c h 1 1 1 3 2c r u c i a li s s u e si nm i c r o g r i dr e s e a r c h 13 1 4m a i nr e s e a r c h 16 c h a p t e r 2c o n t r o lo fm i c r os o u r c e sa n dd y n a m i ca n a l y s i so f m i c r o g r i d 17 2 1c o n t r 0 1m e t h o d so f m i c r os o u r c e s 。1 7 2 1 1v fc o n t r o lb a s e do nd r o o pc h a r a c t e r i s t i c l8 2 1 2p qc o n t r o l 2 2 2 2m a t h e m a t i c a lm o d e l i n ga n dc o n t r o ls y s t e md e s i g no fi n v e r t e r s 。2 3 2 2 1m a t h e m a t i c a lm o d e l i n go fi n v e r t e r s 2 3 2 2 2c o n t r o ls y s t e md e s i g no fi n v e r t e r s 2 6 2 3m i c r o g r i dm o d e lw i t hm a t l a b s i m u l i n k 4 2 2 3 1m a i nc i r c u i tm o d e l 4 2 2 3 2c o n t r o ls y s t e mm o d e l 4 3 2 4d y n a m i c a n a l y s i so fm i c r o g r i d 4 4 2 4 1a n a l y s i so fs i n g l es o u r c es y s t e m 一z 和4 2 4 2a n a l y s i so fp a r a l l e lc o n s t r u c t i n gn e t w o r k 4 8 2 5c h a p t e rc o n c l u s i o n 5 2 c h a p t e r3a n a l y s i so fm i c r o g r i db a s e df a u l tt r a n s i e n ta n di t ss u p p r e s s i o n 5 3 3 1t r a n s i e n ta n a l y s i sm o d e lo f i n d u c t i v ef c l 。5 3 ：；2f a u l tt r a n s i e n ta n a l y s i s 5 z l 3 2 1g n d c o n n e c t e dm o d e 5 4 ：；2 2i s l a n d i n gm o d e 5 7 ：；3f a u l tt r a n s i e n ti n h i b i t i o na n a l y s i so f f c l 5 9 3 3 1t r a n s i e n ta n a l y s i sw i t hd i f f e r e n tf a u l tt y p e s 5 9 3 3 2t r a n s i e n ta n a l y s i sw i t hd i f f e r e n ti m p e d a n c ev a l u e so f f c l 6 0 3 4c h a p t e rc o n c l u s i o n 6 0 c h a p t e r 4d y n a m i ca n a l y s i so fm i c r o g r i db a s e d o nm i c r os o u r c e s 6 1 4 1m i c r os o u r c e sm o d e l i n g o l 4 1 1d i e s e lg e n e r a t o rs y s t e mm o d e l “o l 4 1 2t h r e e - p h a s es y m m e t r i c a li n d u c t i o ng e n e r a t o rm o d e l 6 2 4 1 3w i n dg e n e r a t o rm o d e l o j 4 1 4s t o r a g eb a t t e r ym o d e l 6 4 4 2d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c sa n a l y s i so f m i c r os o u r c e s 6 4 3c h a p t e rc o n c l u s i o n ”7 2 c h a p t e r 5c o n c l u s i o n 7 j r e f e r e n c e s 7 5 a c k n o l e d g m e n t s 8 1 p u b l i s h e dp a p e r s ”8 2 山东大学硕士学位论文 摘要 超高压、远距离、集中式的大电网供电模式存在电能质量、安全性、可靠性、 经济性以及灵活性等方面的问题，促进了以可再生能源为主的分布式发电技术的 发展。随着这种发电技术的日益广泛应用，现有的分布式发电运行模式已不能满 足电网运营商、发电所有者以及用户的不同要求，虽然单独的分布式发电源优点 突出，但同时也存在许多问题，尤其在故障情况下还会对大电网产生冲击。为协 调大电网与分布式电源的矛盾，促进分布式发电特别是可再生能源的综合应用， 将分布式电源和负荷作为一个整体，形成可控的、既可并网运行也可以独立运行 的小电网，称为微电网。微电网代表着电力系统新的发展方向，j 下在成为当前的 研究热点。 微电网中的大多数微电源通过逆变器接入系统，因此对微电源的控制即为对 其逆变器的控制。无论微电网是并网运行还是独立运行，都需要对内部的各个微 电源逆变器进行有效地控制，以维持电压和频率在允许变化的范围之内，从而满 足负荷对电能质量的要求。因此，研究微电源逆变器的控制技术，解决逆变电源 的并联组网问题，是研究和发展微电网技术的关键技术之一。本文以三相电压型 逆变器在两相旋转坐标系中的数学模型为基础，详细分析了微电源的v f 控制和 p q 控制方法的原理，并依据工程设计方法和原则对相应的控制器进行了设计； 此外，还针对v f 控制的电压电流双闭坏控制系统推导了其逆变器输出阻抗的表 达式，基于输出阻抗胗的原则对电压环和电流环的控制器参数进行优化。 在m a t l a b s i m u l i n k 仿真环境中，搭建了微电网及逆变器控制系统模型，通 过对微电网不同运行方式下的仿真，分析了系统的动态性能，验证了微电源控制 策略的正确性和有效性，仿真结果表明，该微电网系统在工况发生改变时，微电 源使用合理的控制策略能够保证负荷的频率和电压都在允许变化的范围之内。 本文提出了电感型故障限流器抑制微电网故障暂态的方法，并通过微电源出 口处安装f c l 的微电网模型，针对不同运行模式下发生不同类型、不同地点的 故障时的情况进行了仿真分析，结果表明：无论微电网处于并网运行状态还是独 立运行状态时发生故障，f c l 对其电压、电流、频率以及功率的故障暂态都能起 到很好的抑制作用；此外，仿真结果还说明，微电网短路故障时，采用p q 控制 山东大学硕士学位论文 方式的微电源的电压、电流会出现振荡现象，而f c l 对其起到了很好的抑制作 用，保证了整个系统的稳定性。 此外，本文还建立了风力发电机、柴油发电系统等微电源以及蓄电池的具体 数学模型，将其代替微电网中微电源的简化直流电压源模型，通过对微电网独立 运行和并网运行模式之间切换、独立运行模式下负荷变化以及微电网内某一电源 功率变化等三种情况下的微电源的运行特性进行仿真，分析了风力发电、柴油发 电等原动机部分对微电网的影响。 关键词：微电网；微电源；w f 控制；p q 控制；故障暂态 h 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t e x t r a - h i g hv o l t a g e ，l o n g d i s t a n c ea n dc e n t r a l i z e dp o w e rs y s t e ml e a d st o s e v e r a l p r o b l e m si nf o l l o w i n gr e s p e c t s ，s u c ha sp o w e rq u a l i t y , s a f e t y , r e l i a b i l i t y , e c o n o m y , f l e x i b i l i t ya n ds oo n t h e r e f o r e ，t h ed i s t r i b u t e dg e n e r a t i o nt e c h n o l o g yi sd e v e l o p i n g r a p i d l y , w h i c hi sm a i n l yb a s e do nr e n e w a b l ee n e r g y w i t ht h ep o p u l a r i z a t i o no ft h i s p o w e rg e n e r a t i o nt e c h n o l o g y , d i f f e r e n tr e q u i r e m e n t sf r o mp o w e r 鲥dc o m p a n i e s ， p o w e rp l a n t s ，a n dc u s t o m e r sc a nn o tb em e tb yt h ee x i s t i n gd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n o p e r a t i n gm o d e a l t h o u g ht h e r e a r em a n ya d v a n t a g e sf r o ms i n g l ed i s t r i b u t e d g e n e r a t i o ns o u r c e ，t h e r ea r ea l s om a n yp r o b l e m s ，e s p e c i a l l yt h ei m p a c to nt h ep o w e r g r i dw h e naf a u l to c c u r s i no r d e rt oc o o r d i n a t ec o n t r a d i c t i o n sb e t w e e np o w e r 面d a n dd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o na n dp r o m o t et h ec o m p o s i t i v ea p p l i c a t i o no fd i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n ，t h ec o n c e p to fm i c r o g r i di sp r o p o s e d m i c r o g r i di sas m a l l s i z e d 鲥dt h a t i n t e g r a t e san u m b e ro fm i c r os o u r c e sa n dl o a d s ，w h i c hi sc o n t r o l l a b l e ，a n dc a ne i t h e r b ec o n n e c t e dt od i s t r i b u t i o ng r i da sas p e c i a ll o a d ，o rd i s c o n n e c t e df r o mt h eu t i l i t yt o o p e r a t ei ni s l a n d i n gm o d e i tr e p r e s e n t st h en e wd e v e l o p i n gt r e n da n db e c o m e sa r e s e a r c hf o c u so fp o w e rs y s t e m m o s tm i c r os o u r c e sa r ec o n n e c t e dt om i c r o g r i dt h r o u g hp o w e re l e c t r o n i ci n v e r t e r s t h e r e f o r , t h ec o n t r o lo fm i c r os o u r c e si sr e a l i z e dt h r o u g ht h ec o n t r o lo fp o w e r e l e c t r o n i ci n v e r t e r s w h e t h e rt h em i r c r o g r i do p e r a t e si n 鲥d - c o n n e c t e dm o d eo r i s l a n d i n gm o d e ，t h ee f f e c t i v ec o n t r o lo fp o w e re l e c t r o n i ci n v e r t e r si nm i c r o g r i di s n e e dt ok e e pt h ev o l a t g ea n df r e q u e n c yw i t h i na c c e p t a b l el i m i t sf r o mas t a n d a r da n d c o n s e q u e n t l yg u a r a n t e et h ep o w e rq u a l i t y s ot h es t u d yo nt h ec o n t r o lt e c h n o l o g ya n d t h ep r o b l e mo fp a r a l l e l e di n v e r t e r sf o r m i n gg r i di so n eo fk e yt e c h n o l o g i e sf o r d e v e l o p m e n to fm i c r o g r i d b a s e d o nt h em a t h e m a t i c a lm o d e lo ft w op h a s e s y n c h r o n o u sr o t a t i n gr e f e r e n c ef r a m ef o rt h r e e p h a s ei n v e r t e r s ，t h ev fa n dp qc o n t r o l m e t h o d so fm i c r os o u r c e sa r ea n a l y z e dp a r t i c u l a r l yt h ec o r r e s p o n d i n gc o n t r o l l e r sa r e a l s od e s i g n e da c c o r d i n gt ot h ee n g i n e e r i n gd e s i g nm e t h o d i na d d i t i o n ，r e g a r d i n gt o v o l t a g e - c u r r e n td o u b l el o o pc o n t r o ls y s t e mo fv fc o n t r o l ，t h em a t h e m a t i c a lf o r m u l a o fi n v e r t e ro u t p u ti m p e d a n c ei sd e d u c e d m o r e o v e r , t h ec o n t r o l l e rp a r a m e t e r so f 1 1 1 山东大学硕士学位论文 v o l t a g e l o o pa n dc u r r e n t - l o o pa r eo p t i m i z e d0 1 1t h eb a s i so ft h ep r i n c i p l et h a ti sx r i nt h eo u t p u ti m p e d a n c eo fi n v e r t e r s t h em o d e l so fm i c r o g r i da n di n v e r t e rc o n t r o l s y s t e ma r ee s t a b l i s h e dw i t h m a t l a b s i m u l i n k a c c o r d i n gt ot h es i m u l a t i o n i nd i f f e r e n t o p e r a t i n gm o d e s ，t h e d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fs y s t e ma r ea n a l y z e da n dt h ev a l i d i t yo fc o n t r o ls t r a t e g yf o r i n v e r t e r si sv e r i f i e d t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t ，u s i n gr e a s o n a b l ec o n t r o l s t r a t e g yc a ng u a r a n t e et h ef r e q u e n c ya n dv o l t a g eo fl o a d sw i t h i na c c e p t a b l el i m i t s f r o mas t a n d a r d an e ws c h e m eo fu s i n gi n d u c t i v ef c l st o s u p p r e s st h et r a n s i e n tp r o c e s si s p r e s e n t e di nt h i st h e s i s 、矾t ht h em i c r o 鲥dm 。d e li n s t a l l e dw i t hf c l sw h i c ha r e ， c o n n e c t e dw i t ht h em i c r os o u r c e s ，d i f f e r e n tf a u l tt y p e sa n df a u l tl o c a t i o n si nd i f f e r e n t o p e r a t i n gm o d e sa r ea n a l y z e db ys i m u l a t i o n t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ef a u l tt r a n s i e n t p r o c e s so fv o l t a g e ，c u r r e n t ，f r e q u e n c ya n dp o w e rc a nb ee f f e c t i v e l ys u p p r e s s e db y f c lw h e t h e rt h ef a u l to c c u r si ng r i d c o n n e c t e dm o d eo ri s l a n d i n gm o d e b e s i d e s ，t h e s i m u l a t i o nr e s u l t sa l s os h o wt h a tt h eo s c i l l a t i o np h e n o m e n o no f v o l t a g ea n dc u r r e n ti n p qc o n t r o lm o d ec a nb es i g n i f i c a n t l yr e d u c e db yf c l c o n s e q u e n t l y , t h es y s t e m - s t a b i l i t yi se n s u r e d i na d d i t i o n ，t h es i m p l i f i e dd cv o l t a g es o u r c em o d e lo fm i c r os o u r c e si nt h e f o r m e rs i m u l a t i o nc a nb er e p l a c e db yt h ec o n c r e t em a t h e m a t i c a lm o d e l so fm i c r o s o u r c e s ，s u c ha sw i n dg e n e r a t o r ，d i e s e lg e n e r a t o rs y s t e m ，s t o r a g eb a t t e r ya n ds o0 1 1 i n v i e wo ft h ec o n v e r s i o nb e t w e e n 鲥d c o n n e c t e dm o d ea n d i s l a n d i n gm o d e ，t h e v a r i a t i o no fl o a di ni s l a n d i n gm o d ea n dt h ep o w e rc h a n g eo fac e r t a i nm i c r os o u r c 冶i n m i c r o g r i d ，t h eo p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i c so fm i c r os o u r c e sa r es i m u l a t e d a n df o rt h e w i n da n dd i e s e lg e n e r a t o rs y s t e m ，t h ei m p a c to fp r i m em o v e ro nm i c r o g r i di sa l s o a n a l y z e d k e yw o r d s ：m i c r o g r i d ；m i c r os o u r c e s ；v fc o n t r o l ；p qc o n t r o l ；f a u l tt r a n s i e n t i v - 山东大学硕士学位论文 1 1 微电网研究意义 第一章绪论 在过去几十年里，电力系统已经发展成为集中发电、远距离输电的大型互联 网络系统，这种方式j 下在为全世界9 0 以上的电力负荷供电【，但它也存在以下 弊端【2 捌，主要包括： ( 1 ) 不能灵活跟踪负荷的变化。如夏季空调负荷的激增会导致电力供应短 时不足，而为这种短时的峰荷建造发输电设施是得不偿失的，因为其利用率极低。 随着负荷峰谷差的不断增大，电网的负荷率j 下逐年下降，发输电设施的利用率都 有下降的趋势。 ( 2 ) 技术复杂，管理水平要求极高，安全性稳定性不足。局部事故极易扩 散，导致大面积停电。近年来用电负荷不断增加，而电网建设相对滞后，使得远 距离输电线路的输送容量不断增大，受端电网对外来电力的依赖程度也不断提 高，使得电网运行的稳定性和安全性下降。大电网中任何一点的故障所产生的扰 动都会对整个电网造成较大影响，严重时可能引起大面积停电甚至是全网崩溃， 造成灾难性后果。近年的各种大规模停电事故如1 9 8 7 年的东京大停电和8 1 4 美加 大停电也暴露出目前电力系统的这个严重缺陷。 ( 3 ) 对于偏远地区的负荷不能进行理想的供电。一种情况是距离现有电力 系统太远，输配电系统的投资较大；另一种情况是自然条件太恶劣，现有电力系 统到用户的输电线路根本无法架设或建成后会经常出现故障。 ( 4 ) 不能满足节能和环保的要求。随着现代社会对能源需求的增加，可供 利用的煤炭、石油等一次能源越来越少，而且发电过程中煤炭的燃烧、石油产生 的废气和废物都严重污染自然环境，对人类的健康和生活造成很大的危害。环境 问题和能源危机成为当今世界人类面临的最大威胁之一。为了保护环境、避免能 源危机，人们已经开始了向可持续能源过渡的种种努力。 地球化石能源的同渐衰竭、人们对环境的广泛关注、大电网自身存在的种种 缺陷以及全球范围内正在进行的电力市场化改革，都促使在电力工业中引进竞争 机制，实现资源的优化配置。特别是2 0 0 8 年春节l ； 后发生在我国南方的严重雪灾， 导致了诸多省份的大面积连锁停电，说明了这种供电模式的固有缺点日趋明显。 山东大学硕士学位论文 近年来，分布式发电( d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ，d g ) 凭借其投资节省、发电方式 灵活、与环境兼容等优点而备受关注。大电网与分布式发电联合运行可显著提高 系统的经济性、安全性、可靠性和灵活性，且能满足可持续发展的要求，大大减 轻了环保压力。 随着人们对环境问题的日益关注和高效小容量发电技术的成熟，d g 的数量 及其在电力系统中所占的比重将越来越高。目前，世界各国都非常重视清洁可再 生能源的开发与利用，促使分布式发电技术迅速发展降8 1 。丹麦可再生能源发电 的比例已达到3 0 4 0 ；在未来几年内，美国分布式发电系统的年装机容量将占 电网新增装机容量的2 0 ；欧盟提出的发展目标要求可再生能源的比例于2 0 1 0 年 达到2 9 ；2 0 0 5 年颁布的可再生能源法则确定了我国可再生能源发展战略的 总体目标，蛩j 2 0 2 0 年，我国可再生能源发电的总装机容量将超过1 2 亿千瓦，占 能源构成的1 0 以上( 9 1 。分布式发电，一般是指能满足特定用户需要、支持现有 配电网经济运行、在用户现场或附近配置、容量为几k w 至5 0 m w 、与环境兼容 的小型化发电单元，也被形象地称作分散式或嵌入式发电( d i s p e r s e d o re m b e d d e d g e n e r a t i o n ) 。 随着d g 的r 益广泛应用，现有的分布式发电运行模式已不能满足电网运营 商、d g 所有者和用户的不同要求。单独的分布式发电源尽管优点突出，但同时 也存在许多问题，如介入成本高、控制困难、未充分利用d g 的发电能力、影响 系统的电能质量等。由于分布式电源的不可控性，一旦发生故障，往往采取限制、 隔离措施来减少对大电网的冲击。为协调大电网与分布式电源的矛盾，促进分布 式发电特别是可再生能源的综合应用，人们提出了微型电网( m i c r o g r i d ) 的概念 1 0 l o 微电网由微型电源、负荷、储能装置及控制单元共同组成系统，向用户提供 电能和热能。微电源包括光伏发电、风力发电、微型燃气轮机与燃料电池等，由 电力电子接口和控制器件实现能量转换，使得微电网具有控制上的灵活性。对系 统而言，每个微电网都是一个可控负荷，其接入和退出并不影响整个系统的运行 控制，从而实现“即插即用 ( p l u ga n dp l a y ) 功能1 1 1 , 1 2 ；对用户而言，微电网 作为一个可定制的电源，能满足用户对电能质量和供电安全的多样化需求。微电 网既可与大电网并网运行，也可根据需要与大电网断开而独立运行。在微电网独 2 山东大学硕士学位论文 立运行模式下，各个微电源逆变器和储能装置的优化控制是技术关键所在。 微电网的提出与发展，并非是对传统集中式大电网的革命与挑战，而是绿色 可持续能源发展战略的深层次体现，反映了社会能源利用意识和环保意识的提高 与转变。微电网作为大电网的有益补充和调节，不仅可解决分布式发电中大规模 微电源的接入问题，且能显著改善用户电能质量，是未来电网实现高效、环保、 优质供电的一个重要手段，可大大促进供电的可靠性与安全性，在我国具有十分 广阔的发展前景。 1 2 微电网技术概念 微电网的基本单元包含微电源、储能装置、控制系统以及电力负荷。其中大 多数微电源与电网的接口都是基于电力电子的，以保证微电网以单个系统方式运 行的柔性和可靠性。 1 2 1 微电网基本结构 微电网可满足一片电力负荷聚集区的电能特殊需要，其组成结构较为灵活。 微电网存在两种典型的运行模式：与外部电网并网运行和独立运行。正常情况下， 微电网与常规配电网并网运行；当检测到电网故障或电能质量不满足要求时，微 电网需要及时从并网运行平滑的过渡到独立运行状态。 微电网的组成结构较为灵活，图1 1 指出了微电网的一个典型结构【1 3 , 1 4 】。该 微电网为带有馈线a 、b 、c 及不同负载的放射状系，它一般通过静态开关与外部 电网连接，此处也被称为公共连接点( p c c ) 。此外，微电网中的静态开关把该 系统分为了两部分，第一部分由馈线a 、馈线b 组成，每条馈线上都装有微电源， 因此可实现敏感负荷和可调节负荷的本地供电，此外，当大电网发生故障时，这 一部分可通过静态开关实现与大电网的脱离从而独立运行；另一部分由馈线c 及 其上边连有的非敏感负荷组成，一般情况下由大电网供电。微电网中配置有能量 管理器和潮流控制器，前者可实现对整个微电网的综合分析与控制，后者可实现 对各个微电源的就地控制。当负荷变化时，潮流控制器可根据本地频率和电压信 息进行潮流调节，控制当地微电源相应地增加或减少功率输出以保持微电网系统 的功率平衡。 山东大学硕士学位论文 i 一一一一一一一一t 一一一一一一一i ：潮流禹制器 ： 电力传输线信息流线 图1 1 微电网的典型结构 1 2 2 微电网中的电源系统 可中断负荷 1 2 2 1 微型电源 微电网中的电源系统主要由微型电源和储能装置组成。微型电源通常是指分 散布置在电力负荷附近、容量在数千瓦至数十兆瓦之间的、为环境兼容的、节能 的发电装置，如燃气轮机、内燃机以及以太阳能电池、燃料电池、风能为能源的 发电装置等。 根据所使用一次能源的不同，微电网的供电电源可分为基于化石能源的微电 源、基于可再生能源的微电源以及基于电能存储的混合式微电源 1 5 , 1 6 ，具体分析 如下。 l 、基于化石能源的微电源主要包括以下三种发电装置 ( 1 ) 往复式发动机：用于分布式发电的往复式发动机采用四冲程的奥托循 环( 点火式) 或笛塞尔循环( 压燃式) ，以汽油或柴油为燃料。实践证明，这种 设备成本低，启动快，相对发电效率高，运行可靠性良好。这些特点以及内燃机 在电力断供时能快速启动的能力使其成为提供应急用电和备用电的首选设备，是 迄今为止i m w 以下发电设备中应用最广泛的设备。其缺点在于燃烧时会产生 4 山东大学硕士学位论文 n q ，造成环境污染，同时噪音也较大。由于运动部件较多，系统需要经常维护。 近来人们将广泛应用于汽车发动机的贫燃技术及催化燃烧技术应用于此类发动 机，同时发展了以天然气为燃料的双燃料发动机系统，在一定程度上减少了污染， 隔音技术的使用也降低了噪声。 ( 2 ) 微型燃气轮机：微型燃气轮机是指以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料 的超小型燃气轮机。其大都采用回热循环，整个系统通常由透平、压气机、燃烧 室、回热器、发电机及电子控制等部分组成，从压气机出来的高压空气先在回热 器内接受透平排气的预热，然后进入燃烧室与燃料混合、燃烧。大多数微型燃气 轮机由燃气轮机直接驱动内置式高速发电机，发电机与压气机及透平同轴，转速 在5 0 - - 1 2 0 k r m i n 之间，发电机发出的高频交流电先转换成高压直流电后，再转换 为工频交流电【1 7 1 。与柴油机发电机组相比，先进的微型燃气轮机具有以下一些优 剧博】：运动部件少，结构简单紧凑，重量轻，是传统燃机的1 4 ；可使用多种燃 料，且燃料消耗率低，排放低；低振动，低噪音，寿命长( 可运行约4 万小时) ， 运行成本低；设计简单，备用件少，维护保养方便；可进行远程遥控和诊断；模 块化设计，可多台集成扩容。因此，它是目前清洁、可靠、高质量、多用途的小 型分布式发电机组的最佳方式。现有的其它发电装置相比，这种发电方式的缺点 是效率较低，满负荷运行时效率只有3 0 ，半负荷运行时效率只有1 0 0 , f o 1 5 ，如 实行热电联产，效率可提高到7 5 。 ( 3 ) 燃料电池：燃料电池是在一种在常温状态下直接将化学能转变为直流电 能的电化学装置。其工作原理为氢基燃料和氧化剂分别在两极发生电化学反应， 电解质和外电路构成回路，从而将化学能直接转化为电能。依据电解质的不同， 燃料电池可以分为碱性燃料电池( a l k a l i n ef u e lc e l l ，a f c ) 、磷酸型燃料电池 ( p h o s p h o r i ca c i df u e lc e l l ，p a f c ) 、熔融碳酸盐燃料电池( m o l t e nc a r b o n a t ef u e l c e l l ，m c f c ) 、固体氧化物燃料电池( s o l i do x i d ef o r