【海岛微电网系统结构和模型分析2500字】

海岛微电网系统结构和模型分析目录TOC\o"1-3"\h\u20456海岛微电网系统结构和模型分析 1114761.1海岛微电网系统结构 152261.2海岛光伏发电模型 217341.3海岛风力发电系统模型 319921.4海岛柴油发电机模型 4169451.5海岛蓄电池储能系统模型 51.1海岛微电网系统结构微电网的系统结构有很多种，以母线的不同，可以分成直流围网、交流微网、直交流混合微网；根据与不与大电网连接，分为独立型REF_Ref23213\r\h[29]和并网型。微电网系统的微源容量配置在直流微网、交流微网、直交流混合微网中均适用。脱离外部电网的支撑，独立型微电网只能依靠内部的能源进行供电。本文主要研究对象为独立型直流微电网，结构如图2-1所示。图2-1独立型直流微电网结构图这个微电网系统是由光伏发电系统、风力发电机、储能系统、柴油发电机、交流负荷、直流负荷组成，各部分由AC/DC变换器、DC/DC变换器连接到一条直流母线上。光伏发电和风力发电是主要的发电单元，将它们发出的电能通过电力电子变换器和直流母线提供给储能电池和负荷。因为风力发电和光伏发电的随机性和大的波动性，所以需要蓄电池来平衡和抑制微电网系统的能量波动。当风力发电和光伏发电产生的电能大于负荷所需时，蓄电池充电；当风力发电和光伏发电产生的电能小于负荷所需时，蓄电池放电。蓄电池在微电网系统中起到“削峰填谷”的作用。在微电网系统中，柴油发电机是备用电源，只有当风力发电系统、光伏发电系统和蓄电池提供的电能不能满足符合要求时，才启动柴油发电机进行供电。1.2海岛光伏发电模型众所周知，太阳能是一种清洁能源、可再生能源，而且广泛存在于地球各种地区。光伏发电系统能够使我们更加充分的利用太阳能。虽然光伏发电存在成本高、效率低等缺点，但是由于其环保性和可再生性，值得我们大力发展。光伏发电是利用PN结光生伏特效应来将太阳能转换成电能REF_Ref11756\r\h[30]从而储存在光伏电池中。把光伏电池当做一个PN结,太阳光照射到光伏电池的P型面时,如果光子能量大于半导体材料的禁带宽度,那么P型区每吸收一个光子就会产生一对自由电子和空穴,电子-空穴对从表面向内扩散,在结电场的作用下,建立一个与光照强度有关的电动势，这就是PN结光生伏特效应。将光伏电池经过串联、并联后形成光伏阵列(photovoltaicanay,PV)来提高光伏发电系统的输出电压和功率。根据光伏电池的发电原理，它的等效电路模型可以看作电流源和二极管的并联REF_Ref18258\r\h[31]。电路模型如图2-2所示。 图2-2光伏电池等效电路模型它的发电量由环境温度和光照强度决定。光伏电池的实际输出功率公式简化为REF_Ref24178\r\h[32]：（2-1）式中：G为光伏电池环境光照强度；Tstc为标准条件下温度，25℃；Gstc为标准条件下光强，1000W/m2;Ko为短路时电流的温度系数；Pstc为标准测试条件下光伏电池额定输出功率。1.3海岛风力发电系统模型风能作为与太阳能相似的清洁、可再生能源，由风力发电机将其转换为电能供给负荷。基本原理为风力带动叶片旋转，使风机转子在磁场中切割磁场发电。风力发电机的输出功率受到多种因素的影响，由Betz理论可得出其表达式为REF_Ref16602\r\h[33]：（2-2）式中：为空气密度，;R风机风车叶片半径，m;v为风速，m/s;为风能利用系数，最大值约为0.59REF_Ref16824\r\h[34]。风力发电机的输出功率是靠切入风速、切出风速、额定风速决定的。其输出特性曲线如图2-3所示。图2-3风力发电机输出功率曲线风力发电机的输出功率可用公式表示为REF_Ref19992\r\h[35]：（2-3）式中：为切入风速;为切出风速;为额定风速;为风力发电机的实际输出功率;为风力发电机的额定功率。风力发电机在不同风速下的工作状态：(1)当风速低于切入风速时,风机不发电(2)当风速高于切入风速而低于额定风速时,风杋输岀功率随着风速的增加而增加;(3)当风速高于额定风速而低于切出风速时,风机的输出功率恒为额定功率;(4)当风速髙于切出风速时,为避免风机桨叶旋转速度过高而导致飞轮事故,风机停止工作,不再输出功率1.4海岛柴油发电机模型柴油发电机是一种小型发电设备，系指以柴油等为燃料，以柴油机为原动机带动发电机发电的动力机械。柴油机起动是通过人力或其它动力转动柴油机曲轴使活塞在顶部密闭的气缸中作上下往复运动。常见小型柴油发电机如图2-4，2-5所示：图2-4常见小型柴油发电机图2-5常见小型柴油发电机柴油发电机发电没有太阳能、风能具有的随机性、波动性等缺点，可以随时发电，但是它的发电成本和污染性要远高于太阳能和风能，因此可以作为备用能源应用于独立型海岛微电网系统中。当光伏发电和风力发电和蓄电池提供的电能不能满足负荷要求时，可以启用柴油发电机来补偿发电。这样做可以有效减少光伏机组、风力发电机组、蓄电池机组的投入和使用量，一定程度上降低整个独立性微电网的投入成本，保持一个不错的经济性。柴油发电机还具有太阳能，风能所不具备的稳定性，不容易出现故障，在偏远海岛上，由于其条件相对比较恶劣，光伏发电机组和风力发电机组容易出现故障导致无法供电，这时柴油发电机就可以作为应急能源供电，保障海岛基本用电需求。柴油发电机的输出功率与其耗油量之间关系表达式可近似为REF_Ref3333\r\h[36]：（2-4）式中：F为柴油发电机每小时耗油量，L/h;a,b分别为截距系数和斜率，取a为0.08415L/kwh,b为0.246L/kwh;分别为额定功率和某时刻实际运行功率，KW。1.5海岛蓄电池储能系统模型为了尽可能地减小太阳能、风能的随机性、波动性给系统带来的影响，独立型微电网系统需要设立一个储能系统。在光伏发电和风力发电有电能溢出时，将多出的电能储存在储能系统中；在光伏发电和风力发电不能满足负荷要求时，将储能系统中储存的电能输出以满足负荷要求，储能系统的存在大大提高了独立型海岛微电网对负荷需求的供电可靠性。储能蓄电池的概述图如图2-6所示：图2-6储能蓄电池概述图当前市场存在各种各样的储能装置，表2-1列出了几种常见的储能装置并进行了对比。表2-1常见储能装置储能装置飞轮储能蓄电池超导储能超级电容循环寿命（次）106103103>106效率（%）90~9580~8590>95维护量较小小大很小能量密度5~5020~100<11~10成本（p.u.）41208安全性不高高低高在综合了循环寿命、效率、安全性等因素后，可以得出结论：蓄电池储能装置是独立型微电网系统的最优储能装置。所以，本文选用的独立型微电网储能装置是蓄电池储能装置。蓄电池储能系统BESS(BatteryEnergyStorageSystem)由多组蓄电池组成，采用恒功率储能模型，在控制周期内输出功率不变，蓄电池的荷电状态SOC可分两种情况REF_Ref14282\r\h[17]：当蓄电池充电时，SOC变化表达式为：