风电与热网联合供能仿真研究

发布时间：2020-03-20 19:13

【摘要】：随着化石能源日趋枯竭以及环境的不断恶化,新能源与清洁能源的开发利用受到了人们的普遍重视,其中风能因为其独特的优越性,成为目前利用较多的一种能源形式。现如今风能的研究大多只限于风力发电,而“风电供暖”方向的研究尚不成熟,并且研究大多集中在区域性分析,或只侧重于热/电单方面的控制,再加上综合能源系统是当下最热门的研究课题之一。因此本文对风电与热网联合供能系统进行仿真研究,并通过通用实时仿真器(UREP)进行实时验证,以增强课题研究的可靠性与实用性。本文首先阐述了风力发电系统的结构及原理,并对采用背靠背双PWM变流系统的直驱永磁风力发电系统进行研究,其中变流器的控制策略,机侧采用最大风能跟踪控制,即桨距角控制与转速控制,网侧采用Vdc-Q/Vf控制;然后对热网系统的结构及工作原理进行简要概述,并基于模块化建模的思想对其各组成单元进行了数学模型与仿真模型的搭建,包括电加热器、储热水箱、管道、散热器、用户、循环水泵以及节点等模块,而且对热网系统的控制策略也进行了介绍,分为恒温控制、定流量控制以及补水定压控制;接下来介绍了风电与热网联合系统的工作模式,分为“以热定电”和“以电定热”,前者风电系统工作在并网状态,逆变侧采用Vdc-Q控制,通过给定热网参数,经过控制环节后得出热网系统所需的电功率,并将其作为给定值输入电网系统,作为动态负荷的值,从而使得电网输出功率与热网所需功率相对应,热网系统工作在给定状态;后者风电系统工作在孤岛运行状态,逆变侧采用Vf控制,该模式下在热网系统中加入储热单元,用于平衡风速波动对系统的影响;最后基于MATLAB/Simulink分别搭建风力发电系统和热网系统仿真模型,并依照所述联合系统的两种工作模式将两个系统联合,通过实时仿真器对其进行联合实时仿真。由于风电系统与热网系统时间尺度不同,本文采用两台实时仿真器对系统进行实时仿真,一台采用小步长运行风电系统,另一台采用大步长运行热网系统,两台仿真器通过以太网交换机连接,进而可以实时交换仿真变量。通过实验结果表明本文所述风电与热网联合系统可以较好的实现变量交互,为用户稳定供能。
【图文】：

资源分布图,风电

图 1.1 中国风资源分布图[7]，国家能源局颁布了《关于做好风电清洁供暖工作地区采用风能供暖，鼓励新建建筑优先采用风电供锅炉供热[8]。已经投运的乌兰察布市察右中旗风电成投运，，据统计一个供暖期（6 个月）可节约标准 7700t，二氧化硫、氮氧化物、烟尘等有害物质排方面可以节约化石能源的使用，另一方面还可以缓问题[10]。电力系统属于快动态系统，与其他能源系中的损耗更小；而热网系统是慢动态系统，热能效存储，但在传输过程中损耗较大。由此可以看出对互补的特点，通过将两者的优点相结合有利于实技术的研究也面临着巨大的难题。由于电能与热能

能源系统,耦合关系

划可以实现能源系统间的优势互补；有利于可再生能源的大规模接入和高效利用；提高能源利用率、降低能源费用；加强系统的安全可靠性以及应对突发状况的能力。图1.2简要介绍了不同系统间的耦合[16]。图1.2 综合能源系统间的耦合关系基于以上优势，欧洲各国政府根据欧盟能源发展战略以及本国国情，纷纷制定各国能源战略，并和企业紧密合作，大力发展低碳的综合能源系统[20]。丹麦为了实现可再生能源消纳，重点研究了不同能源系统的整合与互补，由于地处北欧，热电联产、电热等技术得到广泛使用，使得丹麦的电力、供暖与天然气紧密结合；英国是一个岛国，因此长期以来政府一直致力于建立一个安全、可持续发展的能
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM614;TU995

【参考文献】