【《交直流混合微网结构及各电源模型分析概述》3300字】

交直流混合微网结构及各电源模型分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u19696交直流混合微网结构及各电源模型分析概述 180921.1微电网的结构分析 1223381.2各分布式电源基本原理和数学模型 387661.2.1

光伏发电基本原理和模型 3104161.2.2风力发电基本原理和模型 7265171.2.3

蓄电池发电基本原理和模型 8232721.2.4微型燃气轮机发电基本原理和模型 9155781.2.5燃料电池发电基本原理和模型 101.1微电网的结构分析随着时代的发展，微电网技术也在随之进步，其拓扑结构也在不断更新，现在按照主网络配电方式可以分为直流结构、交流结构、交直流混合结构。目前，由于分布式电源和用户负载的多元化，使得采用单一供电模式的微电网难以达到更高的应用需求，在这种情况下，由交流母线和直流母线的交直流合结构的微电网逐渐受到人们的重视，它有效整合了交流结构与直流结构微电网各自优点，发挥了两种供电方式的互补优势，并减少了大量的电力电子变换装置。本论文所讨论的交直流混合微网的拓扑结构，包括交流、直流、双向功率转换、能源管理四大部分。基于减小功率转换设备的原理，交、直流混合微网按照每个微源的功率和负载功率的不同，将它们分别连接到相应的地区，然后由双向变流器连接到AC区。图1-3交直流混合微电网的结构图交流部分包括（1）风力发电机组成的风力发电单元，与交流母线相连提供功率；（2）燃气轮机：连接至交流母线，作为一个可调度微源为负荷提供功率。（3）交流负荷。直流部分包括：（1）储能设备：用来储存电能，让微网实现供需平衡，由蓄电池组成。（2）燃料电池：可控制其工作，是可调度单位。（3）直流负荷：一般情况由光伏和燃料电池供给，当负荷突然变大时，由蓄电池供给。（4）光伏发电：1.2各分布式电源基本原理和数学模型1.2.1

光伏发电基本原理和模型光能是一种取之不尽的能源，它有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。与平常的发电装置相比，光伏发电有安全可靠，无噪声，无污染排放外，不受资源分布地域的限制，能源质量高的优点图1.2光伏发电二极管电路(2-1)（2-2）代表太阳辐照下光电电池的光致发光电流，代表光电流，表示泄漏电流，和分别代表串联电阻和旁漏电阻。公式中电池本身的性能有关，表示在没有光照时，光伏电池内部二极管结反向饱和电流，为光照温度，为二极管的系数。对以上光伏电池基于物理原理的数学解析式模型作如下近似处理:1)忽略项，因为通常情况下2)通常如果，那么会远小于光伏发电二极管的正向导通电阻。所以简化后的光伏电池方程转换为以下形式[38]:（2-3）上式用到了给定工况下的短路电流和开路电压,其中和为两个待定的系数，可通过将给定条件下的开路电压和最大功率点电压代入求得。(2-4)（2-5）图2-3光伏阵列图由串联数、并联数的光伏阵列示意图如图2-3，图2-4中和分别表示光伏阵列端口的输出电流和端电压。公式2-6为通过扩展单个光伏电池模型得到的伏安外特性数学模型，前提是在不考虑电池本身影响因素，同时保持阵列中的光伏电池各运行条件相同[39]:（2-6）图2-4光伏阵列以及随光照强度变化图2-5光伏阵列以及随温度的变化由图2-4、2-5可看出:光伏阵列外特性的电压-功率曲线伴随不同的光照强度和温度是不同的，但总体变换趋势基本上是一致的。图2-6光伏阵列统一功率-电压特性曲线从图2-6可得出，在光伏阵列运行条件一定时，在电压源区域和电流源区域交叉点处有且只有一个最大功率运行点(MPP)，在到达最大功率运行点之前，功率随电压单调递增，之后功率呈单调递减，总体功率-电压曲线呈单个峰值现象。在对光伏发电功率进行计算时，考虑到天气，温度等环境因素都会对其影响。因此，在建立光伏系统的数学模型时，往往不考虑它的发电性能。在电力系统中，计算光伏发电的出力一般都是建立在历史资料的基础上。1.2.2风力发电基本原理和模型风能是空气流动产生的能量。它是可再生的清洁能源，用之不竭。但是风的能量密度很低，而且不稳定近年来风力发电成为了绿色环保电力过程的重要发展对象。作为一种清洁无公害的的可再生能源，且运行成本也越来越低，因此日益受到学者们的关注。由于风力具有显著的随机性和不确定性等特点，本文建立的风速模型采用了四个基本分量模型以更好的描述风的特性，即基本风、渐进风、噪声风和随风机，如下式：（2-7）本文需要对风力机建模进行简化与分析，根据贝兹理论，风能中给予风力发电机的功率.和风力机输出机械转矩可表示为[41]:(2-11)（2-12）风力发电与光伏发电存在类似的情况，因风力发电具有随机性，所以研究其出力的方法仍采用预测的方式。1.2.3

蓄电池发电基本原理和模型储能装置在此微电网系统的能量管理研究中是为之重要的一个组成微源，通过储存电量的充放确保在微网系统中维持功率平衡，而能量管理系统也储能元件的充放电量也有着一定的约束作用，保障长期稳定的使用率。蓄电池的充放电过程是由化学能和电能相互转化的，其充放电过程发生的化学反应如下：正极板反应方程式为：(2-13)负极板反应方程式为：（2-14）蓄电池充放电时的总化学反应方程式:(2-15)蓄电池端电压随着蓄电池充放电过程不断变化，作为一个要进行优化储能装置来说，良好的充放电状态是十分重要的，以至于影响到蓄电池的使用寿命，故而需要考虑到蓄电池本身的储能功率以及充电容量，避免蓄电池过充过放。蓄电池的状态可由两个参数来表示，分别为端电压和SOC[43]。1.2.4微型燃气轮机发电基本原理和模型微型燃气轮机是热电联产发电机组，也是新兴的一种小型发电机，其燃料系统的设计技术使其成为化石燃料燃料系统中最为清洁的一种,而不需后续的污染控制。本文选用微型燃气轮机作为其中一个微源组成，其优势有三点:一是环保，它的废气排放量低且不需特意维护，可节省日常维护费用;二是配置灵活，可根据实际情况配置数量并能进行多台整体控制;三是安全可靠，除了严格符合IEEE5等规范外，还可保证与电网连接的安全性。除了这些最主要因素外，还有着低噪音、多燃烧、可遥控诊断等-

-系列先进技术，成为了提供清洁、高质量的小型分布式发电的最佳选择，在市中心、园区以及边远偏僻地区均能适用。图2-8微型燃气轮机并网结构图在连接到电网的微型燃气轮机发电系统的永磁发电机和工频交流电网之间，需要使用变频器进行频率转换。如图2-8所示，涡轮机与发电机在同一水平轴线的称为单轴微型燃气轮机，其输出的高频交流电需通过整流逆变后传输至电网。微型汽轮机在用于能源，天然气，沼气等燃料燃烧后，为再次提高微源使用率，可利用其燃烧后所产生的大量烟气所散出的热量使废热装置再次进行加热。下式为微型燃气轮机输出模型[44]:（2-16）1.2.5燃料电池发电基本原理和模型燃料电池是可以将化学能直接转变为电能的一种装置。它的能源转化效率很高，可以达到80%左右，同时因为没有机械传动部件，所以排放出的有害物质很少，这可以减少温室效应。只要保证有可再生能源的不断输入，它就可以一直工作。从节能环保方面看，很适合利用在发电技术。它的组成和一般电池相同，都是由正负极和电解质组成。不一样的是燃料电池的正负极没有活性物质，只是个催化原件，将化学能转变为电能。图2-9燃料

电池工作原理图在公式中，实际的发电效率表示为，发电效率表示为。正常状态下供应燃料电池所需的燃料体积表达式如下(2-17)L为天然气低热值()，在这里取值为9.7。1.3.6变频器基本特性及模型变频器是保证各种微型电源安全、可靠地接入微电网的关键设备，在微电网中已有的交流/DC、DCIAC、DC/DC转换器以及与蓄电池相连接的双向交流/DC转换器。DC/DC双向逆变器（见图2至9)，是微电网中电流交换的电子器件，其开关设备少，结构简单，通过对两个IGBT的导通和断开进行控制，可以选择两种工作方式，通常是为了使开关管能打开零电压，在IGBT1和IGBT2中，通常采用互补PWM方式。图2-9双向DC/DC变换器结构图双向AC/DC变换器拓扑结构如图2-10所示，作为混合微电网中的主变换器，其对实现交直流结合具有重大意义[54],根据功率的流向，双向AC/DC变换器可以调整工作模式为整流或逆变模式。图2-10双向AC