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考虑直流型分布式电源的广义综合负荷建模大学本科毕业论文.doc
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1、硕士学位论文 考虑直流型分布式电源的广义综合负荷建模A generalized synthesis load modeling considering D.C. distributed generation sourcebyLI XiaojuB.E.(Hunan University)2009A thesis submitted in partial satisfaction of theRequirements for the degree ofMaster of EngineeringinElectrical Engineeringin theGraduate SchoolofHunan
2、UniversitySupervisorProfessor LI Xinran April,2012湖 南 大 学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授
3、权湖南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、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密,在_年解密后适用本授权书。2、不保密。(请在以上相应方框内打“”)作者签名: 日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日I硕士学位论文摘 要电力系统负荷模型是电力系统仿真的基础。由于综合负荷构成的复杂性、时变性、多样性以及高度非线性等特点,使负荷特性十分复杂,同时也给负荷建模带来很大困难。而当分布式发电系统接入配电网后,进一步增加了负荷特性的复杂程度。随着分布式电源在电网中所占比例日益增大,其对负荷特性的影响不容忽视,传统的负荷模型将不可避免的
4、发生变化。燃料电池(Fuel Cell,FC)和光伏电池(Photovoltaic Cell,PV)作为典型的清洁电源势必会并网运行,因此,研究这两种均需逆变并网的直流型分布式电源的负荷建模具有重要的理论和实际意义。本文首先在Matlab仿真系统中构建了含逆变控制及其滤波模块的PV发电系统仿真数学模型,验证了仿真系统中PV发电系统的低电压穿越能力;根据PV发电系统的暂态特性并基于R-L-C等效电路,提出了适合于电网仿真计算、具有3阶微分方程结构的PV发电系统机电暂态等效模型,并通过不同扰动程度的仿真分析,验证模型的有效性和模型参数的稳定性。在构建IEEE-14节点典型配电系统的基础上,研究了P
5、V发电系统接入不同容量比例和不同位置对配电网综合负荷特性的影响。系统仿真分析表明:PV发电系统对配电网综合负荷特性的影响随其接入容量比例的增大而增大;接入不同地理位置时,PV发电系统对配电网负荷特性的影响与其公共连接点(Point of Common Coupling,PCC)位置和所在支路负荷大小比重有关,PCC点位置越靠近配电网末端,节点所在支路负荷比重越小,对综合负荷特性的影响也就越大;同时,PV发电系统所占总负荷的容量比例对配电网的影响要明显大于PCC点位置对其的影响,在各影响因素中占主导作用。通过详细分析传统综合负荷模型(Synthesis Load Model,SLM)与含有分布式
6、电源的广义综合负荷模型(Generalized Synthesis Load Model,GSLM)的结构和参数特点,以本文所提出的PV发电系统机电暂态等效模型为基础,构建了含有PV发电系统的GSLM模型。采用不同容量比例和不同地理位置影响因素下的仿真数据,从拟合效果、平均拟合误差及辨识参数的稳定性3个方面,验证所提出的含PV发电系统的GSLM模型的有效性。同时,比较了SLM模型和GSLM模型对含有PV发电系统的配电网综合负荷的描述能力。研究表明GSLM模型的综合性能要明显优于SLM模型,可以用于描述含PV发电系统的配电网综合负荷特性。以固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel C
7、ell,SOFC)为对象,研究了燃料电池对配电网综合负荷特性的影响。基于Matlab仿真平台搭建了含有SOFC的典型配电网络,并进行一系列的暂态仿真研究,指出SOFC发电系统可以用基于U-R-L等效电路的2阶微分状态方程来描述其等效模型。在此基础上,将接入配电网的SOFC发电系统看成功率消耗为负的动态负荷,提出可以用含有SOFC的GSLM模型来等效描述含SOFC的配电网综合负荷特性。通过三种典型实例下系统受到不同扰动强度进行仿真分析,证明了这种考虑SOFC发电系统的配电网GSLM模型较SLM模型具有更好的自描述能力和泛化能力,模型的参数稳定性较好。关键词:电力系统;负荷建模;分布式电源;光伏电
8、池;燃料电池;广义综合负荷模型;总体测辨法AbstractPower system load model is the basis of the power system simulation. Because the power system load component devices have the characteristics of complexity, time variability, diversity, and highly nonlinear, load modeling of the actual power system is very difficult. Whe
9、n the distributed generation system connected into the distribution network, load model will change inevitably. With the increasing proportion of distributed power in grid, its impacts cannot be simply neglected. Fuel cell (FC) and photovoltaic cell (PV) are bound as typical cleaning power and will
10、be connected to grid. So it has important theoretical and practical significance to study the load modeling of these DC distributed power, which need to invert to grid.Firstly, this paper have builded a simulation mathematical model of the PV power generation system with inverter control and filteri
11、ng module, and then the low voltage ride through capability of the PV power generation system was verified. Based on the transient characteristics of the PV power generation system and R-L-C equivalent circuit, the three order differential equation dynamic model was proposed to suit grid simulation
12、calculation. The validity of this model and stability of the parameters were testified by comparison simulation modeling with different disturbance levels,Based on the establishment of typical IEEE 14 node distribution network, the impact of PV power generation system on composite load characteristi
13、cs, with different capacity ratios, different locations, was studied. System simulation analysis showed that the distribution network load characteristics suffered the PV power generation system greatly with the increasing capacity ratios. Under different locations, the impact of PV power generation
14、 system on the distribution network is relevant with the location of common connection point (PCC) and size of the slip load. The more PCC nears the end of the distribution network and the smaller slip load, the greater comprehensive load characteristics suffers. At the same time, the influence of c
15、apacity is apparently greater than that of location, and plays a dominant role in the factors.After detailed accounting the structure and parameters of the synthesis load model (SLM) and generalized synthesis load model (GSLM) containing distributed power, the generalized load model with PV power ge
16、neration system was presented by using the independent model of PV power generation system aforementioned. The simulation data of different capacities and different geographical influencing factors was used to verify the validity of the generalized load model through fitting result, average fitting
17、error and identification parameter. Comparing the description ability of SLM and GSLM, the comprehensive performance of GSLM is superior to SLM, and can be used to describe the characteristics of distribution network load with PV power generation system.Take solid oxide fuel cell (SOFC) for example,
18、 this paper studied the influences of fuel cell (FC) generation system on the impact of distribution network. Employing Matlab/simulation, a typical distribution network containing SOFC was builted. Through a series of transient simulation and analysis of dynamic characteristics of FC generation sys
19、tem, FC generation system can be described as second-order differential state equations, and be equivalent to a generalized dynamic load which consumes negative power. Then the synthetic load model of distribution network with FC generation system was proposed. Such model is represented by the gener
20、alized composite load model of induction motor in parallel with FC and static load. The validity, ability of interpolation and extrapolation, and stability of parameters of the proposed generalized composite load model are testified better than SLM by the analysis of simulation modeling of three typ
21、ical operation states with different interference intensities.Key Words: Power system;Load modeling;Distributed generation source;Photovoltaic cells;Fuel cells;Generalized synthesis load model;Measurement-based method目 录学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书I摘 要IIAbstractIV第1章 绪论11.1 课题研究背景和意义11.2 分布式发电现状21.3 含分布式发电
22、的配电网综合负荷建模51.3.1 负荷建模原理与方法51.3.2 含分布式发电的广义综合负荷建模61.4 本文的研究思路与研究内容81.4.1 研究思路81.4.2 研究内容8第2章 光伏发电系统的机电暂态等效模型研究102.1 引言102.2 光伏发电系统研究102.2.1 太阳电池模型112.2.2 光伏并网仿真系统132.2.3 并网低电压控制策略142.2.4 低电压穿越能力验证152.3 光伏发电系统的等效描述162.3.1 PV发电系统的动态特性162.3.2 PV发电系统的等值电路模型172.3.3 PV发电系统的等值数学模型182.4 光伏发电系统建模校验192.4.1 模型辨
23、识的初始条件192.4.2 模型的辨识流程202.4.3 模型的描述能力222.5 本章小结24第3章 分布式光伏电源对配电网负荷模型的影响研究253.1 引言253.2 基于Matlab/Simulink的仿真系统253.2.1 感应电动机和静态负荷模型253.2.2 典型配电网络273.2.3 仿真系统的构建283.3 不同影响因素下PV发电系统对配电网的影响293.3.1 接入不同容量比例的系统暂态特性293.3.2 接入不同地理位置的系统暂态特性313.3.3 影响规律分析333.4 本章小结34第4章 含PV发电系统的配电网广义综合负荷模型354.1 引言354.2 传统和广义综合负
24、荷模型比较354.2.1 传统综合负荷模型354.2.2 广义综合负荷模型364.3 含有PV发电系统的广义综合负荷模型384.4 模型描述能力检验404.4.1 不同故障扰动强度时的检验404.4.2 PV接入不同容量比例的检验424.4.3 PV接入不同地理位置的检验434.5 本章小结44第5章 考虑燃料电池的配电网负荷建模研究455.1 引言455.2 含燃料电池的配电网仿真系统455.2.1 燃料电池发电系统455.2.2 含SOFC配电网络的数字仿真系统构建475.3 燃料电池发电系统独立建模485.4 含SOFC的广义综合负荷模型研究505.4.1 模型结构及参数505.4.2
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