微电网的建模与仿真开题报告

电气工程系毕业设计

开题报告

课题名称：微电网建模及其仿真

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微电网建模及其仿真

课题开题报告

1．课题来源

微电网的应用可就地将新型微电源和负荷结合起来进行协调控制和运行，有效缓解各种分布式电源直接接入电网的影响，并提供了环保、安全、高效、可靠的电能供应。

微电网的优点主要包括能够充分利用了分布式电源的分散性、位置灵活的优点，能够提供冷热电联产，充分挖掘了分布式电源的效率。微电网具有即插即用的特点。微电网可以作为一个可定制的电源，以满足用户多样化的需求，例如，降低网络损耗，增强局部供电可靠性，通过利用废热提高能源利用效率，支持当地电压，提供电压下陷的校正，或作为不可中断电源等。微电网能够孤网运行，它在特殊情况下能与大电网互为备用，极大地提高了电网的安全可靠性问题。微电网运行具有较强的经济效益。从用户来看极大地提高了能源利用效率使用冷热电联产，能源热效率能从提高到左右从投资者的角度来说微电网更环保、投资成本和运行成本更低，更能适应终端用户能源需求变化。

2．国内外的研究现状

（一）国内外微电网的发展

目前国内在微电网应用方面应用最为广泛、前景最为明朗的，应该首推冷热电三联产技术。因为对于中国大部分地区的住宅、商业大楼、医院、公用建筑、工厂来说，都存在供电和供暖或制冷需求，很多都配有发电设备，这些都是冷热电三联产的多目标分布式供能系统的广阔市场。

提高能源利用效率、开发新能源、加强可再生能源的利用，是解决中国经济和社会快速发展过程中日益凸显的能源需求增长与能源紧缺、能源利用与环境保护之间的矛盾的必然选择。采用微电网技术有助于充分利用各地丰富的清洁和可再生能源，向用户提供“绿色电力”，是实现“节能减排”目标的重要举措。《国家中长期科学与技术发展规划纲要一年》中明确提出要大力开展“可再生能源低成本规模化开发利用”以及“间歇式电源并网及输配技术”开展微电网研究符合国家的需求，虽然目前国内对微电网的研究基本还处于起步阶段，但微电网的特点适应中国电力发展的需求与方向，在中国具有广阔的前景。

目前国家多所高校和科研院所已对微电网展开了相关研究，己在微电网的控制策略、储能技术、电力电子技术等方面取得了不错的进展。其中中国科学院电工研究所承担的“计划”、南方电网公司和天津大学等单位承担的“计划”、杭州电子科技大学和合肥工业大学等单位建立的小型微电网实验研究系统等都为微电网技术的发展提供了系统的理论研究和工程实践验证。为微电网的研究积累了经验。

美国最早提出了微电网概念〔，近年来，其微电网研究已取得了较大的进展，多项示范工程己经建立。其研究的重点主要集中在提高重要负荷的供电可靠性、满足用户定制的多种电能质量要求、实现智能化和降低成本等方面。美国电气技术可靠性解决方案联合会首次对微电网在经济性、可靠性及其对环境的影响等方面进行了分析研究。其提出了较为完整的微电网概念。所提出的微电网主要考虑了当微电网和主网因为故障突然解列时，微电网能够自动解列转入孤岛运行，并维持对自身内部负荷的电能供应，直到故障排除。的微电网设计理念是单点并网不上网、不采用快速电气控制、提供多样化的供电可靠性与电能质量、可以无缝

接入的各种分布式电源等。这些突出的特点使它成为世界上所提出的微电网中最权威、认可度最高的一个。为了使得微电网系统具有较好的控制性能和鲁棒性，微电网所接入的微电源都是峰值小于的小型微电源。微电网的可行性研究已经在威斯康星大学麦迪逊分校的实验室得到了初步检验。近期，美国俄亥俄州哥伦布杜兰技术中心已经开始了对微电网的全面测试。

（二）微电源的发展趋势

1、燃料电池

目前，燃料电池按电解质划分有个种类发展较快，即碱性燃料电池、磷酸盐型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池、固体氧化物型燃料电池、固体聚合物燃料电池又称为质子交换膜燃料电池及生物燃料电池。按工作温度它们又分为高、中、低温型燃料电池。

燃料电池不经过燃烧，而是以电化学反应的方式将燃料的化学能直接转换为电能，能量转换效率高，一般在左右，如果技术上加以完善或者综合利用热能，效率可高达以上。并且反应产物只有水，因此洁净无污染。作为燃料的氢气，除了能从煤炭、天然气和石油中提取外，一还可以从植物、生物排放物和工业废料等物质中提取。因此，从广义上讲，它是一种真正的再生资源，满足可持续能源发展的要求。燃料电池由于具有诸多优点被认为是新世纪最有前途的清洁能源，是替代传统能源的最佳选择。

2、光伏电池

太阳电池的研究已有很长的历史。早在世纪年代便出现了第一块薄膜硒电池。然而，这些早期的器件和年流行的氧化亚铜器件一样，没有足够的发电效率，只能用于大面积的光电探测。直到世纪年代，随着单晶硅技术的发展才使得太阳电池在能量转换领域的应用成为可能。二十几年来，世界各国对太阳电池的研发投入了大量的人力、物力、财力，对单晶硅、多晶硅、非晶硅、、等不同材料和、叠层等不同结构的电池进行了深入的研究，使太阳电池领域的研究与应用得到了快速的发展。

特别是年以来，一世界光伏产业更是向着在未来能源结构中的战略地位飞速前进。目前，太阳电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳电池变换效率最高，达以上，但价格最贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到，每瓦发电小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电源，或是作为工厂、小区、大型建筑的独立电站都非常合适负荷响应快，运行质量高。燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率，而且电厂离负荷可以很近，从而改善了地区频率偏移和电压波动，降低了现有变电设备和电流载波容量，减少了输变线路投资和线路损失。

3、风力发电机

风力发电机的种类繁多，根据风力发电机的发电机类型分类，可以分为两大类异步发电机型和同步发电机型，其中异步发电机按其转子结构不同又可分为鼠笼式异步发电机和绕线式双馈异步发电机同步发电机型按其产生旋转磁场的类型又可分为电励磁同步发电机和永磁同步发电机。目前常用的风力发电机主要有变桨距型鼠笼式感应风力发电机、变速恒频的双馈式风力发电机以及直驱式永磁同步风力发电机。广应用提供了强有力的技术支持。

（三）课题研究的意义

随着国民经济的发展，电力需求迅速增长，电力部门大多把投资集中在火电、水电以及核电等大型集中电源和超高压远距离输电网的建设上。但是随着电网规模的不断扩大，大规模电力系统的弊端也日益凸现，成本高、运行难度大、难以适应用户越来越高的安全和可靠性要求以及多样化供电需求。而分布式电源位置灵活、分散的特点极好的适应了分散电力需求和资源分布，延缓了输、配电网升级换代所需的巨额投资，有效解决了大型集中型电网的许多潜在问题。美国颁布了IEEE- P1547/D80“对分布式能源的入网标准做出了规定：当电力系统发生故障时，分布式电源必须马上退出运行。这在很大程度上限制了分布式能源的有效发挥。为了协调大电网与分布式电源间的矛盾，充分挖掘分布式能源为电网和用户所带来的价值和效益，在本世纪初，学者们提出了微电网的概念[3] 。微电网从系统来看，是将发电机、负荷、储能装置及控制装置等结合，形成一个单一可控的单元，同时向用户供给电能和热能。与传统集中式能源供电系统相比，微电网接近负荷，可以减少线损，节省输配电建设投资和运行费用；由于兼有发电、供热、制冷等多种服务功能，微电网中分布式能源可以有效的实现能源的梯级利用，达到更高的能源综合利用效率[4-7]。

微电网有以下几方面特点，首先由于分布式电源的灵活性可就地供电，解决了电力系统输配电中存在的一些问题提高了供电可靠性。其次，微电网中电源包括风力发电机、光伏电池、小型燃气轮机以及超级电容等，随着微网的运用有利于可再生能源在我国的发展。再次，微电网采取电能在靠近用户的地方生产并直接为用户供电的方式能够有效减少对集中式大型发电厂电力生产的依赖以及远距离电能传输、多级变送的损耗，从而延缓电网投资，降低网损有利于建设节约型社会。微电网的特点适应中国电力发展的需求与方向，在中国有着广阔的发展前景[9-11]。但是微网接入大电网还存在很多问题，如分布式电源供电的可靠性、电能质量和供电效率等问题，为了保证稳定、可靠的系统运行，需要对接入电网的微源发电系统进行有效的控制是解决问题的有效方法之一。

3．研究内容

此论文主要进行如下方面的研究：

1．研究微电网中各微电源的数学模型研。

2．掌握MATLAB仿真工具中simulink各个功能模块。

3．光伏电池模型的搭建与仿真运行。

4．微电网由并网到孤网再到并网运行的仿真与特性分析。

4．课题研究的进度安排

2016年3月1日----2016年4月10日，收集相关资料，研究微电网中各微电源的数学模型研究，对整个系统可行性进行分析，寻求最优的方案。

2016年4月11日---2016年4月20日，各微电源的建模与仿真分析。

2016年4月21日---2016年5月20日，搭建光伏电池模型，并进行仿真运行。分析微电网由并网到孤网再到并网运行的特性。

2016年5月21日---2016年6月5日，充分考虑整个系统的各个细节要求对此课题进行修改和完善。

2007年6月6日---2007年6月10日，对课题设计及论文进行设计图、计算公式以及语句的检查和完善，以待答辩。

5.参考文献

[1]陈永淑，周雏维，杜维微电网控制研究综述中国电力，2009

[2]王成山，肖朝霞，王守相微网综合控制与分析电力系统自动化，2008

[3]赵杰．光伏发电并网系统的相关技术研究．硕士学位论文．天津：天津大学。指导教师意见：