1、i本科毕业论文（20 届）微电网光伏发电动态特性研究所在学院专业班级 电气工程及其自动化学生姓名ii 指导教师完成日期iii 目 录摘要 .IAbstracrt.II绪论： .11 光伏发电原理及控制 .31.1 引言 .31.2 光伏发电工作原理 .31.3 光伏电池的数学模型 .41.4 光伏电池的仿真模型 .51.5 光伏电池动态特性的仿真分析 .62 光伏发电最大功率跟踪控制模式 .82.1 引言 .82.2 MPPT 仿真模型的建立 .102.2.1 MPPT 仿真模型 .102.2.2 DC-DC 升压斩波电路模型 .112.2.3 PWM 脉冲宽度调制仿真模型 .122.3 仿真
2、分析 .133 简单微网模型的建立与仿真 .173.1 引言 .173.2 微电网模型的建立 .173.3 配电网模型的仿真 .183.4 蓄电池模块的仿真 .193.5 微电网并网 .193.6 微电网由并网变为孤岛时的仿真 .214 结论 .22参考文献 .24iv 致谢 .25附录 .26v ContentsAbstract .IIItroduoction： .11. Photovoltaic generation principle and control.31.1 Introduction .31.2 Photovoltaic generation peinciple .31.3 M
3、athematical models of photovoltaic cells .41.4 The simulation model of photovoltaic cells .51.5 Simulation analysis of dynamic characteristics of photovoltaic cells .62. Photovoltaic maximum power point tracking control model .82.1 Introduction .82.2 Building of MPPT simulation model.102.2.1 MPPT si
4、mulation model.102.2.2 DC-DC boost chopper circuit model .112.2.3 PWM pulse width modulation simulation model .122.3 Simulation analysis.133. Modeling and Simulation of a simple micro-grid model .173.1 Introduction .173.2 Building of a simple micro-grid model .173.3 The simulation model of distribut
5、ion network .183.4 The simulation model of battery simulation module.193.5 Simulation of microgrid access distribution networks .193.6 Simulation of microgrid-off time .214. Conclusion .22References .24Acknowledgement .25vi Appendix .26I微电网光伏发电动态特性研究摘要：随着科学技术和现代工业的发展，工业用电量越来越来大，能源利用越来越紧张，环境污染越来越严重，分
6、布式发电技术无疑是一种很有前景的发展方向，其本身具有污染少、能源利用效率高、安装地点灵活等多方面的优点，但如果大量接入分布式电源又会引起许多不利的影响，于是便出现了微网技术，由于建立微网系统受限于其复杂性和条件的限制，所以只能是基于软件来建立微网的模型进行研究。微电网系统包括分布式电源、负荷、储能装置和控制装置。微电源的种类也有很多，比如光伏、风能、燃料电池等，光伏电池具有无污染、可再生、且安装方便等优点，一直是人们重点研究的对象，在未来很有可能成为替代能源。本文主要研究光伏电池模型的建立及以光伏为主要电源建立的一个微网并网的简单模型。主要内容如下：首先根据光伏电池的发电特性和数学模型建立了一
7、个通用的光伏电池模型，通过仿真研究了光伏电池的发电特性，采用了扰动观察法实现了最大功率跟踪控制，介绍了扰动观察法的工作原理和算法模型，接着建立了一个由光伏电池为主要电源的简单的微网，且分析了微网直接并网时对微电网频率的影响，及并网稳定运行时微网断开对配电网电压和频率的影响，最后分析了并网运行时由于故障等原因微网突然断开时在不加储能系统和加上储能系统的情况下对微网电压和频率的影响。关键词：光伏电池 最大功率跟踪 微电网II Photovoltaic Generation Dynamic Characteristics Research in MicrogridAbstract With the
8、development of science and technology and modern industry, more and more to large industrial electricity consumption, energy use more and more intense, more serious environmental pollution, distributed generation technology is undoubtedly a promising direction of development, its itself has less pol
9、lution, high energy efficiency, flexible installation location and many other advantages, but if a lot of access to distributed power will cause many adverse effects, however, to micro-network technology can solve this problem, since the establishment of micro network system is limited by its comple
10、xity limitations and conditions, it can only be based on the software to create a micro-grid research platform. Micro-grid system consists of distributed power, load, energy storage devices and controls. Kind of micro power supply, there are many, such as solar, wind, fuel cells, photovoltaic cells
11、clean, renewable, and easy installation, etc., has been the object of focus of the study, in the future is likely to become an alternative energy source. This paper studies the establishment of photovoltaic cells and photovoltaic models as the main power source to establish a simple model of microgr
12、id grid. The main contents are as follows:First, a mathematical model based on the generation characteristics and photovoltaic cells to establish a common photovoltaic cell model simulation of the power generation characteristics by photovoltaic cells, using the perturbation and observation method t
13、o achieve maximum power tracking control, the working principle and perturbation observation algorithm models, followed by the establishment of a photovoltaic cell as the main power source of simple micro network, and analyze the impact of micro-grid frequency micro net direct and network, Network a
14、nd stable operation of the distribution network disconnection micro-grid voltage and the impact of frequency, in the final analysis not add due plus energy storage systems and micro-network failure and other reasons suddenly disconnected impact on micro-grid voltage and frequency of the case of the
15、energy storage system and network runtime.Keywords: photovoltaic cells; maximum power point tracking; micro-grid1绪论：现在世界范围内绝大多数国家仍是以石油、煤、天然气为主要的能源，而且这些资源都是不可再生的，经过一百多年的工业发展和能源的开采，如今这些不可再生能源正在面临枯竭 1，毫无疑问，在未来世界经济的发展中，对于能源的利用更是源源不断，而且使用量只会越来越多，同时，大量化石能源的使用造成了极大的环境破坏，对于环境问题已经成为了人们不可忽视的问题，如何保证经济持续发展的同时保护
16、好环境，是人类必须要考虑的问题。而这迫切的需要我们寻找替代能源，而且替代能源必须是清洁能源 ，所以近些年来人们积极开发对于风能、太阳能、地热能等形式的发电技术，由此分布式发电发技术得以快速的发展，而且毫无疑问，这是走上可持续发展的必经之路 2。在这些清洁型能源中，尤其是以太阳能最为优越，其具有可再生，无污染、而且分布广泛等优点，已经被社会公认为传统能源的可替代品 3。现在大型电力系统的电能生产、输送和分配主要有集中发电、远距离输电和大电网互联三种形式，其也存在一些不利的因素，包括不能灵活的跟踪负荷的变化，还有在大型互联系统中，一旦发生局部事故，其极易扩散影响整个系统的安全性。这两方面也暴漏出来
17、电网的脆弱性。对于分布式发电，其具有安装灵活、污染少、利用率高等优点，但是如果大量接入电网又会引发新的一系列问题 4，所以近些年来出现了微网的概念 5，微网是由分布式电源、负荷、储能装置和控制装置构成的一个系统，其中分布式电源是由带电力电子装置的小型发电系统，其包括风力发电机、光伏发电、微型燃气轮机等装置。对于微网的发展，可以简单介绍如下：现在很多国家特别是发达国家都在积极研究微电网的发展，然而，每个国家的国情不同，制定的目标和研究方向也就不同。微电网最早的一个概念是由美国电气可靠性技术解决方案协会提出的，至今也是众多定义中比较权威的一个，微电网是由微型电源（小于等 500kW）和负荷共同构成
18、与外部大电网相独立的单一的受控单元，它向用户提供电能和热量的同时满足用户对电能质量和供电安全可靠等要求；微电源的能量转换和控制是通过电力电子器件来完成的。美国 CERTS 的微电网能够灵活智能控制并自治运行的重要支撑是电力电子技术，建立在此技术基础上CERTS 微电网的显著特性为：即插即用（plug and play）和对等（peer to peer） 。即插即用意味着在主电网的任何点任何一个微电网可以在任何时候接入，而并不会对电网的控制和保护系统造成影响；对等是指在微电网中所有的器件和设备都是完全平等的，任何一个负荷或微电源退出运行都不会对微电网产生影响。这有利于 DG 以较高的比重接入微电
19、网系统。2 日本是电价比较高的国家，其大部分工业都是靠自己进行发电，自给自足。所以日本研究的微电网包含了以传统供电形式独立运行的电力系统。例如在日本三菱公司，微电网按照规模大小被分为三类：小规模，发电容量 10MW 左右，燃料为可再生能源，应石油，应用于工业园；大规模，发电容量在 1000MW 左右，燃料为石油和煤，应用于工业区。此外灵活交流输电系统（FACTS ）装置也被引入了配电网，通过 FACTS 控制器快速灵活的特性达到配电网的资源优化的目的。现在，日本已经建立起来了多个微电网工程。在欧州，从电力市场需求及电能安全供给等角度出发，在 2005 年欧洲提出了“聪明电网”计划 6，并在 2
20、006 年推出了实施该计划的具体技术方案 7。作为欧洲 21 世纪 20 年代及以后的电力发展目标，该计划提出欧洲电网未来应具备的特点：灵活性 、可接入性、可靠性、经济性。基于上述特点，欧洲采用先进电力电子技术和智能技术等实现传统集中供电与分布式发电的高效紧密结合达到充分利用可再生能源的目的，在社会各界的努力下，引导社会力量广泛参与电力市场，使电网快速发展。欧洲未来电网提出充分利用微电网能量利用多元化和智能性等特点。欧盟微电网项目（European Commission Project Micro-grids）给出的定义是：为微电源配备储能设备，分为不可控、部分可控和全控三种，通过电力电子器件
21、进行能量管理，实现冷、热、电三联供，充分利用一次能源。现在欧洲已并在实验室平台上验证了微电网的保护、运行、控制、通信及安全等理论。集中于制定相应的标准、研究更加先进的控制策略、建立示范工程等为其后续任务，积极准备传统电网向智能电网的平稳过渡以实现分布式电源的大规模接入。 在文献8中根据我国的实际情况，给出了微电网的含义，其含义如下：发电系统类型按设备不同可分为风力发电机(Wind Generator)、微型燃气轮机(Micro-Turbine) 、生物质能(Biomass Energy) 、内燃机 (Gas Engine)、太阳能电池(PV Panel)、燃料电池(Fuel Cell)等；尽可
22、能的利用可再生能源，实现可持续发展；系统容量为 20kW-10MW；根据微电网的具体应用（如与大电网并网运行）的用户配电电压等级为 380V 或 10.5kV。微电网运行有两种方式：孤岛运行和并网运行。并网运行是微网的主要运行方式，微网可以中的负荷可以通过大电网或 DG 得到能源供应，一但大电网发生故障时，微电网能及时断开与大电网之间的联系，从并网运行转变为孤岛运行模式，进行单独运行。文献9,10采用 PseAn/EMTne 或 Matlab/Simulink 软件建立微网的动态模型,针对电磁暂态特性以及主动和被动隔离情况下的孤网运行状况进行可行性研究,结果表明 DG 和储能元件可以确保微网运行模式转化的平滑性,减少孤网运行时的暂态影响,保证功角稳定性和电压质量。
