面向综合负荷的分布式电源等效建模研究

发布时间：2017-03-25 02:01

  本文关键词：面向综合负荷的分布式电源等效建模研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电力系统仿真是电力系统规划、建设和分析的保障,而精确的元件模型是可靠的电力系统仿真的基础。随着由能源危机引发的世界能源结构的逐步调整和智能电网的发展,各种类型的分布式电源以其在环保性、便捷性、可靠性等方面的优点在传统电网中得到了快速的发展。分布式电源高渗透率的接入无疑会改变电网原本的能源流和信息流,进而对继电保护、电压稳定性、电力调度等方面产生深刻影响。由于电网进行实际的物理实验人力和物力消耗大,利用计算机进行仿真计算是目前研究此类问题的重要途径,因此建立分布式电源的等效模型是目前亟需解决的问题。基于此,本文依托国家自然科学基资助项目“考虑分布式发电的电力系统广义综合负荷建模关键理论与技术研究(51277055)”,就几种典型的分布式电源的外特性和等效建模展开研究,以期为含分布式电源的复杂电力系统仿真计算提供必要的模型支持。首先基于MATLAB/simulink和光伏电池自身的物理机理搭建了并网光伏发电的仿真系统,研究了其对配电网综合负荷特性的影响因素,分析比较了已有光伏发电系统等效模型的优劣。在此基础上构建了光伏发电系统传递函数等效模型,该模型具有结构简单、参数少、能有效描述光伏发电系统的出力极限等优点,同时易于在电力系统仿真软件中实现。采用本文构建的等效模型与传统综合负荷模型(synthetic load model, SLM)并联构建广义综合负荷模型对含光伏发电系统的综合负荷进行建模,仿真实践表明此广义综合负荷模型具有良好的泛化能力、辨识参数稳定,能够满足工程仿真的需要。基于Matlab/Simulink建立了固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)及其并网系统的动态模型,研究了SOFC发电系统的外特性。从外特性等效拟合的角度出发忽略了SOFC并网系统的无功功率,提出了SOFC发电系统的等效模型,该模型结构简单,参数少,易于辨识,能够有效拟合电网在大扰动和连续小扰动情况下的燃料电池发电系统外特性,与其它模型相比能够模拟燃料电池的出力极限问题；分析了该模型的参数的灵敏度,模型的两个参数的灵敏度虽不高但易于辨识；用本文提出的SOFC等效模型并联传统的综合负荷模型(synthesis load model, SLM)的广义负荷模型结构,对含SOFC发电系统的配电网负荷特性进行辨识建模。算例表明,该广义负荷模型能够有效描述含燃料电池发电系统配电网负荷特性,且模型的参数辨识的稳定性较好。综述了各种神经网络模型在电力系统负荷建模中的应用,并比较其优劣。对Elman神经网络的反馈支路进行了改进,使之适应分布式电源统一等效建模的需要,提出了一种改进Elman神经网络模型接入电力系统分析综合程序(power system analysis software package, PSASP)的思路,仿真实例表明改进Elman神经网络能有效描述各种分布式电源的外特性,能够满足工程仿真的需要。开发了含微电源的复杂负荷建模仿真平台,该平台集系统仿真、元件建模、综合负荷建模模块于一体,包含了粒子群算法、改进遗传算法和模拟退火算法三种参数辨识算法,并预留了用户自定义模块。不仅能够较好地展现本文的研究成果,而且能够满足电力系统仿真建模和参数辨识的需要。
【关键词】：分布式电源 等效模型 广义综合负荷模型 神经网络 负荷建模仿真平台
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM743
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-20
• 1.1 课题研究背景和意义13-14
• 1.1.1 研究背景13
• 1.1.2 研究意义13-14
• 1.2 分布式电源等效建模的研究现状14-16
• 1.2.1 分布式发电系统种类14
• 1.2.2 研究现状14-16
• 1.3 含分布式发电的配电网综合负荷建模16-17
• 1.3.1 负荷建模基本原理与方法16-17
• 1.3.2 含分布式发电的广义综合负荷建模17
• 1.4 本文的研究思路与研究内容17-20
• 1.4.1 研究思路17-18
• 1.4.2 研究内容与章节安排18-20
• 第2章 光伏发电系统的机电暂态等效建模20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 光伏发电系统原理简介20-23
• 2.2.1 光伏电池基本原理20-22
• 2.2.2 光伏发电系统基本原理22-23
• 2.3 光伏发电系统并网仿真模型23
• 2.4 光伏发电系统的三阶机理模型分析23-24
• 2.4.1 三阶机理模型的描述23-24
• 2.4.2 三阶机理模型的验证24
• 2.5 光伏发电系统的等效描述及参数分析24-28
• 2.5.1 光伏发电系统的等效描述24-26
• 2.5.2 模型的参数范围分析26-28
• 2.6 光伏发电系统等效模型的检验28-29
• 2.7 含光伏发电系统的广义负荷建模29-32
• 2.7.1 广义负荷模型结构29-30
• 2.7.2 广义负荷模型参数辨识30-32
• 2.7.3 广义负荷模型模型检验32
• 2.7.3.1 模型描述能力检验32
• 2.7.3.2 模型的泛化能力检验32
• 2.7.3.3 参数的稳定性分析32
• 2.8 本章小结32-34
• 第3章 燃料电池发电系统的机电暂态等效模型研究34-48
• 3.1 引言34
• 3.2 燃料电池发电系统基本原理34-37
• 3.2.1 燃料电池基本原理34-36
• 3.2.2 燃料电池发电系统典型结构36-37
• 3.3 燃料电池发电系统详细仿真模型37
• 3.4 燃料电池发电系统等效建模37-40
• 3.4.1 燃料电池发电系统外特性分析38
• 3.4.2 燃料电池发电系统的等效模型的描述38-39
• 3.4.3 燃料电池发电系统等效模型的验证39-40
• 3.4.3.1 大扰动验证39
• 3.4.3.2 连续小扰动验证39-40
• 3.4.3.3 结果分析40
• 3.5 燃料电池发电系统等效模型参数灵敏度分析40-42
• 3.6 含燃料电池发电系统的综合负荷等效建模42-47
• 3.6.1 含燃料电池发电系统的广义负荷模型结构42
• 3.6.2 模型验证42-46
• 3.6.3 模型的适应性检验46-47
• 3.6.3.1 模型描述能力46
• 3.6.3.2 模型的泛化能力46
• 3.6.3.3 参数的稳定性分析46-47
• 3.7 本章小结47-48
• 第4章 基于神经网络的分布式电源统一等效建模48-59
• 4.1 引言48
• 4.2 典型分布式发电系统物理结构及仿真系统分析48-49
• 4.3 分布式电源统一等效模型49-52
• 4.3.1 模型结构49-50
• 4.3.2 Elman神经网络模型的局部改进50-51
• 4.3.3 模型规模分析51-52
• 4.4 统一等效模型的检验52-55
• 4.4.1 单种分布式电源检验53-54
• 4.4.2 组合式分布式电源检验54-55
• 4.5 模型与PSASP的接口研究55-58
• 4.5.1 接口开发56-57
• 4.5.2 算例验证57-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第5章 含分布式电源复杂负荷建模平台研究59-72
• 5.1 开发环境及设计原则59-60
• 5.1.1 开发工具和系统59
• 5.1.2 运行环境59
• 5.1.3 软件的设计原则59-60
• 5.2 总体流程设计60
• 5.3 可以扩展性设计60-61
• 5.4 安装说明61
• 5.5 相关理论说明61-63
• 5.5.1 基本方法61
• 5.5.2 辨识算法61-63
• 5.5.2.1 遗传算法62
• 5.5.2.2 粒子群算法62-63
• 5.5.2.3 模拟退火算法63
• 5.6 系统使用说明63-71
• 5.6.1 系统登录及其介绍64
• 5.6.2 主界面64-65
• 5.6.3 系统介绍65-66
• 5.6.4 元件建模66-70
• 5.6.4.1 模型选择66-67
• 5.6.4.2 算法选择67-68
• 5.6.4.3 因子选择68
• 5.6.4.4 数据来源68-70
• 5.6.5 结果显示70-71
• 5.7 总结71-72
• 第6章 总结与展望72-75
• 6.1 本文总结72-73
• 6.2 存在的不足与展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术成果目录80-81
• 附录B 攻读学位期间参与的科研项目81

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