微电网储能系统建模与分析
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区域电网的建模及仿真分析实验报告随着国民经济的发展,电力需求迅速增长,在过去的几十年里,电力系统已经发展为集中发电,远距离输电的大型互联网络系统。
但是随着电网规模的不断增大,超大规模电力系统的弊端也日益凸显:成本高、运行难度大,以火电为主的能源结构给环保带来了巨大的压力。
同时,随着用电负荷的不断增加,受端电网对外来电力的依赖程度也不断提高,超大规模电力系统渐渐难以适应用户越来越高的可靠性要求以及多样化的供电需求。
针对这一系列问题与挑战,微电网的概念在本世纪初被提出。
作为新的技术领域,微电网在各国的发展呈现不同特色,我国对微电网的定义为:微电网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。
既可以与配电网运行(并网运行),也可以与配电网断开独立运行。
为了能满足多种电能质量要求、提高供电可靠性等多方面的需要,微电网的技术研究主要有微电网控制、微电网保护、微电网接入标准、微电源等多方向。
然而,由于微电网的结构灵活、组成成分多样化的特点,传统通过搭建小功率实物系统的方式从其安全性、经济性与科研的灵活性上都受到了很大的考验,而随着仿真建模软件技术与多核CPU、FPGA硬件技术的发展,使用仿真的方式搭建微电网并对其进行研究测试的方式得到了日益广泛的应用。
新能源电力系统建模与分析研究近年来,随着全球能源危机的日益严峻,新能源电力系统的研究与应用得到了广泛关注。
新能源电力系统是指利用太阳能、风能、水能等可再生资源进行发电和供能的系统。
相比传统的化石燃料发电,新能源电力系统具有环保、经济、可持续等诸多优点,已经成为世界各国能源发展的重要方向。
因此,对于新能源电力系统进行建模与分析研究,具有重要的理论和实际意义。
一、新能源电力系统的建模新能源电力系统的建模是指将系统中各种能源输入、转换和输出过程用数学模型进行描述,以便进行分析和优化。
新能源电力系统中主要包括:太阳能光伏发电系统、风力发电系统、水力发电系统以及储能系统等几大部分。
为了建立有效的数学模型,需要考虑以下关键因素:1. 各种能源输入的变化规律:新能源电力系统的输入来自于太阳能、风能等可再生资源。
然而,这些能源的输入变化具有多样性且不可预测,因此需要采用概率分布模型或时序模型来描述。
2. 不同发电设备和储能设备的特性:新能源电力系统中包含多种发电设备和储能设备,这些设备的特性包括容量、效率、成本以及寿命等,需要进行详细的描述和分析。
3. 电力系统的运行机制: 新能源电力系统中,各种设备相互之间的协调和调控具有重要的意义。
选用的优化策略和调度算法将对系统的运行效率、稳定性、可靠性产生重要影响。
建立好数学模型是新能源电力系统分析与优化的前提和基础。
基于数学模型,我们可以进一步开展优化和分析研究。
二、新能源电力系统的分析与优化新能源电力系统的分析与优化是指通过数学模型和相关算法,进行系统的性能评估、优化策略制定和实施方案调度等,以提高系统效率和可靠性。
1. 性能评估:新能源电力系统中包含多个部分和环节,需要通过各种评价指标进行性能评估。
例如,电力系统的供电可靠性、效率、经济性、环境友好程度等,都需要从不同角度进行评估和分析。
2. 优化策略制定:新能源电力系统中的多种设备之间相互配合和协作,需要制定有效的优化策略。
微电网系统目录1.微电网系统概述1.1 微电网系统微电网系统是一种新型网络结构,是由分布式电源、负载、储能系统和控制装置构成的系统单元。
微电网系统是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,既可以与外部电网并网运行,也可以孤立运行。
微电网系统是相对传统大电网系统的一个概念,是指多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络,并通过开关连接至常规大电网。
微电网系统中的核心装备即分布式电源以及储能系统,包括光伏并网逆变器、风力并网逆变器、柴油机、PCS以及BMS等。
1.1.1 光伏并网逆变器①光伏并网逆变器的发展概况光伏并网逆变器的发展源来已久,如今已经发展的十分成熟,其作用在于将PV组件产生的直流电转换为与电网同频同相的交流电,在传统的光伏发电系统有着广泛的应用。
近年来,随着微电网系统的快速发展,并网逆变器又被赋予了一种新的定义:分布式光伏电源。
它可以作为微电网系统的主电源,成为整个微网系统最核心的技术之一,又由于其电源性质的特殊性(电流源),它又可作为微网系统的补充电源。
②光伏并网逆变器的类型划分并网逆变器的拓扑结构纷繁复杂,一般分为半桥、全桥、两电平、多电平,以及单级式、双级式等类型,按照控制方式亦可分为SPWM控制型、SVPWM 控制型、CSPWM控制型等,按照电气隔离类型又可分为隔离型与非隔离型。
③三相光伏并网逆变器运行原理介绍图1三相并网逆变器控制框图图1所示为单级式非隔离三相并网逆变器的主电路拓扑及控制算法,本文所搭建的三相三电平并网逆变器的主电路及控制拓扑结构图如图1所示,由MPPT算法计算出最大功率点时的PV电压,然后控制系统使PV组件的电压维持在该电压处以保证系统能够输出最大功率(电压外环)。
并网电流经过dq 坐标变换后转变为Id与Iq分量,图1中Iq*即为有功功率轴的电流给定值,Id*即为无功功率轴的电流给定值,改变Iq*与Id*的值即可改变逆变器的输出有功功率与无功功率,而Iq*由电压外环产生,Id*由人为给定。
电化学储能中的计算、建模与仿真电化学储能是一种重要的能源存储技术,在科学研究和工程应用中都有广泛的应用。
计算、建模与仿真是电化学储能技术研究中必不可少的工具,可以帮助研究人员更好地理解、分析和优化储能系统的性能。
本文将介绍电化学储能中的计算、建模与仿真方法。
计算方法。
计算方法是指使用数值方法求解基于物理模型的方程组。
在电化学储能中,最常用的计算方法是有限元方法和有限差分方法。
有限元方法将存储系统分成小的有限元,通过求解每个元的电势和电流密度来得到整个系统的电势和电流分布。
有限差分方法则将空间离散化成有限的网格,通过计算每个网格点的电势差和电流密度来求解电化学反应过程。
这种计算方法的优点是可以比较精确地描述存储系统的复杂结构及其电化学反应过程。
建模方法。
建模方法是指将实际储能系统的结构及其电化学反应过程用数学模型描述出来。
在电化学储能中,常用的建模方法包括电化学动力学模型、热传导模型、材料力学模型等。
电化学动力学模型可以用来描述电化学反应的动力学过程和溶液中的离子扩散过程。
热传导模型可以用来描述储能系统中的热传导过程。
材料力学模型可以用来描述储能系统中材料的变形和损伤过程。
这种建模方法的优点是可以用简化的方式描述储能系统的复杂物理过程。
仿真方法。
仿真方法是在计算和建模的基础上,通过计算机模拟储能系统的行为来预测其性能。
电化学储能中,常用的仿真方法包括电化学储能器件的性能模拟、电池组的效率模拟等。
通过仿真,可以有效地评估储能系统的性能,并为优化设计提供参考。
综上所述,计算、建模与仿真是电化学储能技术研究中不可或缺的方法,可以帮助研究人员更好地理解电化学反应机理和储能系统的性能特征,为实现高效、可靠、安全的储能系统提供重要的支撑。
微电网设计方案微电网是一种新兴的能源供应方式,它可以为小型社区或工业园区提供独立的能源解决方案。
本文将以设计一个微电网方案为主题,通过分析不同的技术和策略来实现能源的可持续供应和管理。
1. 引言随着能源需求的不断增长和可再生能源的逐渐普及,传统的中央化能源供应方式已经面临诸多挑战。
微电网作为一种分散的、可再生能源为基础的能源供应方式,具有很大的优势。
因此,设计一个高效可靠的微电网方案,成为了一个重要的课题。
2. 可再生能源的应用微电网的一个基本特点是能够充分利用可再生能源,例如太阳能和风能。
通过在微电网中安装太阳能光伏板和风力发电机,可以将自然资源转化为可供使用的电能。
此外,利用能源存储技术,如电池储能系统和储水槽,可以将多余的电能存储下来,以备不时之需。
3. 能源管理与运维设计一个微电网方案要考虑到能源的管理和运维。
一个可靠的监控系统可以实时监测微电网中各设备的运行状况,定期进行维护和检修,以保证微电网的长期稳定运行。
此外,合理的负荷管理和能源优化技术也是必不可少的,通过智能调度和能量优化算法,可以实现最佳的能源利用效率。
4. 微电网的电网互联微电网作为一种独立的能源供应方式,也需要与传统的电网进行互联。
这样可以实现能源的共享和调配,以及对电网的备用和支撑。
当微电网无法满足需求时,可以从传统电网中获取所需能量,而在微电网生产过剩时,也可以将多余能源输入到电网中。
5. 灵活性与可靠性的平衡在设计微电网方案时,需要综合考虑灵活性和可靠性两个因素。
灵活性指的是微电网适应不同环境变化和需求变化的能力,可以随时进行扩容或调整。
可靠性则是指微电网的供电稳定性和故障容忍度,需要考虑到系统的可靠性设计、备份机制等。
6. 财务和经济考虑设计微电网方案不仅需要考虑技术和工程方面的问题,还需要综合考虑财务和经济因素。
从投资和运营成本、经济效益和回报期等角度出发,对微电网进行经济分析和评估,以保证项目的可行性和可持续发展。
电气工程中的微电网系统设计与性能评估随着能源需求的增长和可再生能源的普及,微电网系统作为一种分布式能源模式,逐渐引起了人们的关注。
在电气工程领域中,微电网系统的设计和性能评估成为了一个重要的研究方向。
本文将探讨微电网系统的设计原理、关键技术和性能评估方法。
一、微电网系统的设计原理微电网系统是由多种能源资源和能源设备组成的小型电力系统,可以与传统电网连接或独立运行。
微电网系统的设计原理是通过优化能源资源的调度和管理,实现能源的高效利用和供需平衡。
设计微电网系统时,需要考虑以下几个方面:1. 能源资源的选择:微电网系统可以利用各种能源资源,例如太阳能、风能、生物质能等。
根据不同的环境条件和需求,选择合适的能源资源非常重要。
2. 能源设备的配置:微电网系统需要包括发电设备、储能设备和负荷设备。
不同的设备配置对系统的性能影响很大,需要进行合理的设计和选择。
3. 智能控制系统:微电网系统需要具备智能化的控制系统,实现对能源的实时监测、调度和优化。
智能控制系统可以提高系统的供电可靠性和经济性。
二、微电网系统的关键技术微电网系统的设计和性能评估需要依赖一系列关键技术的支持。
以下是一些重要的关键技术:1. 能源管理技术:能源管理技术是微电网系统设计的核心。
通过优化能源的供需平衡和调度,实现能源的高效利用和节约。
2. 储能技术:微电网系统中的储能技术非常重要,可以解决能源的间歇性和不稳定性问题。
目前常用的储能技术包括电池储能、超级电容储能和氢能储能等。
3. 电力电子技术:微电网系统需要通过电力电子技术来实现电能的转换和调节。
电力电子技术的发展为微电网系统的设计和运行提供了技术支持。
4. 智能监测与控制技术:为了实现微电网系统的智能化管理,智能监测与控制技术是必不可少的。
通过实时监测和控制,可以提高系统的供电可靠性和经济性。
三、微电网系统性能评估方法微电网系统的性能评估是设计和优化的重要环节。
以下是一些常用的性能评估方法:1. 发电功率分配:通过对微电网系统中各个发电设备的发电功率进行分配,可以实现能源的匹配和供需平衡。
---文档均为word文档,下载后可直接编辑使用亦可打印---摘要伴随着人类社会的发展,人类对大自然的破坏越来越严重,过于依靠煤和石油等化石能源来供给能量,各种环境问题也随之产生慢慢凸显,人们也开始更加关注环境问题,风能、光能等可再生能源的发电受到人们越来越大的重视以及应用。
微电网是一种小型发配电系统,它的构成主要由分布式电源模块、储能模块、负荷模块以及监控保护模块组成,它同时也被叫做微网。
由于资源的缺乏和空气污染等原因,利用风能和太阳能等无污染能源发电的新能源发电技术已成为科学研究的目标。
为了实现分布式电源的灵活高效以及解决各种各样各不相同的分布式电源并网问题,我们提出了风光柴储微电网系统。
风光柴储微电网系统里面包括了太阳能发电模块、风力发电模块、柴油发电机发电模块、储能装置模块、负荷模块和连接他们的微电网。
为了提高促进分布式电源发电与可再生新能源的紧密联系以及实现对各式的负载电源供电可靠性,我们对分布式电源进行开发设计和扩展,找到一种合理的维护方式。
微电网将传统电网连接到了智能电网。
风光柴储微电网系统能够有效解决在普通电网无法到达的远距离供电这一问题,虽然它有很多好处,但是它不支持大电网的备用储能,同时风能和太阳能的供电并不稳定,具有间歇性波动性,受到自然环境因素的影响比较大,所以对于微电网的合理配置也成了研究的重点。
微电网的合理配置降低了建设成本和发电成本,提高了供电的可靠性,降低了负载间的电损,为微电网的优化起到至关重要的作用。
最开始,研究了微电网系统的目的以及意义,应用在哪些领域,在国内外的发展趋势以及前景,还有本文要解决的主要问题。
其次,针对风力发电、光伏发电、柴油机发电的原理进行了探讨,随之讨论了风光柴储微电网系统的结构组成,之后再对各模块的建模进行研究。
最后,对系统进行仿真,解决拟提出的问题,得出结论。
关键词:环境问题;微电网;风光柴储微电网;可再生能源;智能电网;间断性Research on Wind, Solar, Diesel and Storage Microgrid SystemAbstractWith the development of human society, the destruction of human beings to nature is more and more serious, relying too much on fossil energy such as coal and oil to supply energy, various environmental problems are gradually emerging, and people are beginning to pay more attention to environmental problems. The power generation of renewable energy such as wind energy and light energy is getting more and more attention and application.Micro-grid is a small-scale power generation and distribution system, which is composed of distributed power module, energy storage module, load module and monitoring and protection module. It is also called micro-grid. Due to the lack of resources and air pollution, the new energy power generation technology using wind energy and solar energy has become the goal of scientific research. In order to realize the flexibility and efficiency of the distributed power and solve various different problems of the grid connection of the distributed power, we propose a wind and diesel micro grid system. The wind and diesel micro grid system includes solar power module, wind power module, diesel generator power module, energy storage device module, load module and micro grid connecting them. In order to promote the close connection between distributed power generation and renewable new energy and realize the reliability of various load power supply, we develop, design and expand the distributed power supply to find a reasonable maintenance mode. Micro-grid connects the traditional grid to the smart grid.The wind and diesel micro grid system can effectively solve the problem of long-distance power supply which can not be reached by the ordinary grid. Although it has many advantages, it does not support the backup energy storage of the large grid. At the same time, the power supply of wind and solar energy is not stable, with intermittent volatility, which is greatly affected by the natural environment factors. Therefore, the reasonable configuration of the micro grid has also been studied Emphasis. The reasonable configuration of micro-grid reduces the construction cost and generation cost, improves the reliability of power supply, reduces the power loss between loads, and plays an important role in the optimization of micro-grid.At the beginning, the purpose and significance of micro-grid system, its application fields, development trends and prospects at home and abroad, and the main problems to be solved in this paper are studied.Secondly, the principles of wind power generation, photovoltaic power generation and diesel engine power generation are discussed, and then the structure of the micro grid system is discussed, and then the modeling of each module is studied.Finally, the system is simulated to solve the problems to be proposed, and a conclusion is drawn.Keywords: environmental issues; micro-grid; wind and diesel storage micro-grid; renewable energy; smart grid; intermittent; volatility; optimization目录1前言 (4)1.1研究的目的及意义 (5)1.2技术应用 (5)1.3发展前景 (5)1.4研究拟解决的关键问题 (6)2风光柴储微电网系统的研究与设计 (6)2.1设计原理 (6)2.2风光柴储微电网系统的结构 (8)3建模 (9)3.1风力发电机组建模 (9)3.2光伏电池发电仿真建模 (10)3.3储能电池建模 (11)3.4柴油发电机建模 (12)3.5 负荷建模 (13)4风光柴储微电网系统建模仿真 (13)4.1柴油发电机(电压,电流,视在功率,有功功率,无功功率) (14)4.2风电场(电压,电流,视在功率,有功功率,无功功率,风速) (15)4.3光伏发电(电压,电流,视在功率,有功功率,无功功率) (16)4.4储能系统(电压,电流,视在功率,有功功率,无功功率) (17)4.5负荷(电压,电流,视在功率,有功功率,无功功率) (18)4.6电动机投入(电压,电流,视在功率,有功功率,无功功率) (19)5总结 (20)参考文献 (21)谢辞 (21)1前言随着科技的高速发展,人们的日常生活也在随之变化,但同时社会中的人口也在变多。
电化学储能中的计算建模与仿真电化学储能计算、建模与仿真是电化学储能技术研究与应用中的重要组成部分。
它通过数学模型和计算方法对电化学储能系统的电化学反应、电磁场、传质和热传输等过程进行定量描述,为电化学储能系统的设计、优化和控制提供了理论依据和工程工具。
本文将从计算、建模和仿真三个方面介绍电化学储能中的计算、建模与仿真方法。
首先,计算是电化学储能研究的基础。
电化学储能系统中的电化学反应过程涉及到电子传输、离子传输和质量传递等物理化学过程,这些过程的计算都离不开数学模型和计算方法的支持。
常见的数学模型包括传输方程模型、热传输模型和电化学动力学模型等。
传输方程模型可用于描述离子传输和质量传递过程,可以采用扩散模型、对流-扩散模型或扩散过程守恒方程,并结合边界条件和初始条件求解。
热传输模型可用于描述电化学储能系统中的温度分布和温度传递过程,可采用传导传热模型、对流传热模型或辐射传热模型等。
电化学动力学模型可用于描述电极表面化学反应速率与电极电位之间的关系,可以采用Butler-Volmer方程或Tafel方程等。
这些数学模型通常会转化为偏微分方程或常微分方程,并采用数值方法进行求解。
其次,建模是电化学储能研究的关键。
电化学储能系统由电极、电解质和隔膜等组成,其结构和材料特性对系统性能有着重要影响。
建模是将电化学储能系统的结构和材料特性转化为数学模型的过程,常用的方法包括几何建模、材料建模和参数化建模等。
几何建模是将电化学储能系统的结构进行几何描述,并将其转化为网格或有限元模型。
材料建模是将电极和电解质等材料的物性参数进行描述,并将其转化为数学模型的参数。
参数化建模是将电化学储能系统的性能参数进行量化描述,并将其转化为数学模型的参数。
建模过程还涉及到模型的标定和验证,通过与实验数据进行比对来改进模型的准确性。
最后,仿真是电化学储能研究和工程应用的重要手段。
仿真通过数值计算方法对电化学储能系统进行数值模拟,可以得到系统的电位、电流、浓度、温度分布等信息,预测系统的性能和行为。
构网型储能技术在微电网系统中的集成与优化配置研究随着能源需求的不断增长和能源结构的逐渐转变,微电网系统作为一种新型智能供电模式逐渐受到人们的关注。
在微电网系统中,构网型储能技术作为一种重要的组成部分,具有重要的作用和意义。
本文将针对构网型储能技术在微电网系统中的集成与优化配置进行深入研究。
1. 构网型储能技术概述构网型储能技术是指将储能技术与电网结构相结合,通过储能设备实现电力能量的存储和释放,从而提高供电可靠性和经济性。
构网型储能技术主要包括电池储能、超级电容储能、压缩空气储能等多种形式。
这些技术可以有效地平衡微电网系统中的电力需求和供给,提高系统的运行效率和稳定性。
2. 构网型储能技术在微电网系统中的作用构网型储能技术在微电网系统中发挥着重要的作用。
首先,构网型储能技术可以平衡微电网系统中的电力波动,提高系统的供电可靠性。
其次,构网型储能技术可以提高系统的经济性,通过电力储存和释放实现电力的优化配置,减少系统运行成本。
此外,构网型储能技术还可以提高系统的响应速度,有效应对突发事件,确保微电网系统的安全稳定运行。
3. 构网型储能技术在微电网系统中的集成构网型储能技术在微电网系统中的集成是一个复杂而关键的问题。
首先,需要合理选择储能技术和容量,根据微电网系统的实际情况和需求确定储能设备的类型和容量。
其次,需要设计合理的控制策略,实现储能设备与微电网系统的有效协调运行。
最后,需要考虑储能设备与微电网系统的互联互通,确保数据传输和信息共享的有效性和安全性。
4. 构网型储能技术在微电网系统中的优化配置构网型储能技术在微电网系统中的优化配置是提高系统性能和效率的关键。
首先,需要通过模型和算法对储能设备进行优化配置,实现系统运行的最优化。
其次,需要考虑系统中其他组件的影响,综合考虑各种因素,确定最佳的配置方案。
最后,需要不断优化和调整配置方案,保持系统的高效运行和稳定性。
综上所述,构网型储能技术在微电网系统中的集成与优化配置是一个复杂而重要的问题。
微网中三相类功率下垂控制和并联系统小信号建模与分析一、概述随着可再生能源的广泛应用和分布式发电技术的快速发展,微电网作为一种新型电力网络结构,逐渐显示出其在能源管理和利用方面的巨大潜力。
微电网不仅能够有效整合各种分布式能源,提高能源利用效率,还能在并网运行与孤岛运行之间灵活切换,保障供电的可靠性和安全性。
对微电网的控制策略和系统稳定性进行深入研究,具有重要的理论意义和实践价值。
三相类功率下垂控制是微电网中一种重要的控制策略,它模拟了传统电力系统中同步发电机的下垂特性,通过调节微电源的输出功率和输出电压,实现微电网内部功率的平衡和稳定。
与传统的控制方法相比,三相类功率下垂控制具有无需通信、即插即用、易于扩展等优点,因此在微电网中得到了广泛应用。
三相类功率下垂控制在应用过程中也面临着一些挑战。
由于微电网中的电源类型和参数存在差异,下垂控制策略需要针对具体情况进行设计和调整,以实现最佳的控制效果。
随着微电网规模的扩大和结构的复杂化,系统的稳定性问题日益突出,需要建立有效的分析方法和工具来评估和优化系统的性能。
本文将对微电网中的三相类功率下垂控制进行深入分析,并建立并联系统的小信号模型,以研究系统的稳定性和动态性能。
通过理论分析和仿真验证,本文旨在揭示下垂控制对微电网稳定性的影响机制,提出优化控制策略的方法和建议,为微电网的安全、高效运行提供理论支持和技术指导。
1. 微电网概念及发展趋势作为一种新型的分布式能源系统,近年来得到了广泛关注和研究。
它是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等汇集而成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,既可以与外部电网并网运行,也可以离网独立运行。
智能化是微电网发展的显著特点。
随着人工智能、大数据等技术的不断融入,微电网将采用先进的智能控制系统,实现更高效、更精准的能源管理,提升系统的运行效率和稳定性。
微电网的成本正在逐步降低。
基于Simulink的智能光伏储能微电网系统的研究与仿真发表时间:2018-08-02T14:37:44.373Z 来源:《电力设备》2018年第10期作者:刘邓杨雪蛟周怡张丹陈苏声[导读] 摘要:随着能源日渐枯竭、环境污染严重,光伏发电以成为能源发电的重要发展方向,光伏发电也得到了迅速发展。
(上海市质量监督检验技术研究院上海市 201114)摘要:随着能源日渐枯竭、环境污染严重,光伏发电以成为能源发电的重要发展方向,光伏发电也得到了迅速发展。
为保证太阳能的充分利用,光伏储能系统也被广泛应用。
本文主要基于Simulink建立24小时智能运行的光伏储能并网系统的模型,从而验证智能光伏储能并网系统的可行性。
关键词:智能光伏;并网;储能;微电网;Simulink仿真Abstract: With the depletion of energy and serious environmental pollution, photovoltaic power generation has become an important development direction of energy power generation, and photovoltaic power generation has also developed rapidly. In order to ensure the full utilization of solar energy, photovoltaic energy storage system is also widely used. Based on Simulink, a model of photovoltaic energy storage and grid connected system with 24 hours intelligent operation is established in this paper, so as to verify the feasibility of intelligent photovoltaic energy storage grid connected system.Key words: Intelligent photovoltaic, Grid-connected, Energy-storage, Microgrid, Simulink simulation1引言近些年来,在我国集中发电、远距离输电的大型互联网络系统蓬勃发展的同时,将分布式发电供能系统以智能微电网的形式接入大电网并网运行,与大电网互相支撑,已成为电网新的发展方向[1]。
光伏储能微电网系统设计方案随着光伏、风电等可再生能源发电技术的发展,分布式发电日渐成为满足负荷增长需求、提高能源综合利用效率、提高供电可靠性的一种有效途径,并在配电网中得到广泛的应用。
但分布式发电的大规模渗透也产生了一些负面影响,如单机接入成本较高、控制复杂、对大系统的电压和频率存在冲击等。
这限制了分布式发电的运行方式,削弱了其优势和潜能。
微网技术为分布式发电技术及可再生能源发电技术的整合和利用提供了灵活、高效的平台。
交大光谷太阳能作为国内领先的智慧能源系统集成商,在储能方面,公司研发的户用储能系统已推出产品及相关储能解决方案。
在数字能源技术方面,公司推出智慧光伏及数字能源管理系统解决方案,围绕"县域、园域、村域〃三域的屋顶分布式光伏项目应用场景,实施智慧光伏及数字能源系统安装、数据采集、数据监控、数据优化,构筑更高效、更清洁、更经济、更安全的现代能源体系,大幅提升能源利用效率。
交大光谷太阳能储能系统解决方案将BMS.PCS、EMS综合设计进行3S精细化管理,以智能预警、PACK级消防为安全保障,对电芯、模组、电池簇、集装箱热分析进行四级热管理设计,为发电侧、电网侧、用户侧提供安全、高效、智能的整套储能解决方案,进一步提升电网的友好性,综合提升电站收益。
交大光谷太阳能将数字技术和电力电子技术相结合才是供以先进电能变换装置为核心的电能路由器光储充解决方案。
由电能路由器替代传统变压器、逆变器、储能变流器、网关接口柜、中央控制器,高度集成了一、二次设备,实现交直混合、削峰填谷,最大降低损耗5%,减少电度电费6.5%β并通过风、光、储、荷优化管理,提升分布式能源消纳12%以上,二氧化碳减排60%以上。
针对当前新能源应用现状,交大光谷太阳能提出〃零碳〃农业、〃零碳”交通、"零碳〃建筑、〃零碳〃产业园、”零碳〃能源基地、〃零碳〃生态修复六大板块共15个具体应用场景,基于交大光谷数字化设计平台并结合VR技术,全面演示了多种"光伏+〃项目应用场景及风电、风光互补项目应用场景。
D-527微电网储能系统建模与分析陈琳浩1,张保会2西安交通大学电气工程学院Email: chen.3@ ,BHZhang@摘 要:微电网存在着并网和孤网两种运行方式。
本文对微电网的控制原理进行了分析,讨论了双馈式风力发电机变流器的控制策略;并根据蓄电池和超级电容器的特点给出了储能系统的控制策略;还利用仿真软件建立了包含双馈式风力发电机、蓄电池和超级电容器储能装置的微电网模型;进行了并网和孤岛两种运行模式下的仿真,验证了所提出的储能系统控制策略的可行性和有效性。
关键词:微电网;储能系统;蓄电池;超级电容器Modeling and Analysis of Micro-grid Energy StorageSystemChen Linhao 1, ZhangBaohui 2 College of Electrical Engineering of Xi'an Jiaotong University Email : chen.3@ ,BHZhang@Abstract: Micro-grid exists two kinds of operation mode: interconnection and isloated network operation. Inthis paper, the control principles of micro-grid are analyzed, and discussed the control strategy of doubly-fed wind turbine type converter; and according to the characteristics of the battery and super capacitor energy storage system control strategy is given. Using simulation software set up also contain doubly-fed wind generator, storage battery and super capacitor energy storage device of micro grid model; The interconnection and the islands of the simulation of two kinds of operation mode, verified the feasibility and effectiveness. Keywords: micro-grid; energy storage system; storage battery; super-capacitor1 引言随着分布式能源的应用越来越广泛,电源功率的随机性和波动性对配电网产生了不利的影响,人们提出了微电网的概念,而微电网的运行离不开储能系统的支撑。
参考文献[1-4]指出储能装置的主要功能:负荷调节作用,实现峰值转移;维持系统动态稳定,减小功率波动;提高调度能力,使分布式发电单元作为调度机组单元运行;提高分布式电源的输出可控性,平滑分布式电源的输出波动,降低对电网的冲击;当微电网脱离大电网独立运行时,能够及时吸收或补充必要的功率,维持微电网短时间孤岛运行。
文献[5-7]介绍了双馈式风力发电机的基本原理和励磁方式。
文献[8-9]介绍了仿真软件DIgSILENT 中电力元件的模型结构和建模仿真过程。
本文讨论由双馈式风力发电机,蓄电池和超级电容器储能装置组成的微电网的控制策略和建模仿真结果。
2 双馈式风力发电机的基本原理风能转换设备是整个风力发电单元的始端,是风能与机械能转化核心环节。
双馈式风力发电机的功率调节控制方式主要有两类:定桨距失速控制和桨距角控制。
为避免复杂的建模与计算,忽略动态迟滞效应,常用的解析风力机模型为:30.5(,)t P P Av C ρβλ=112.51(,)0.22(1160.45)P C e λβλλβ−=−− 311(1(0.08)0.0035(1))λλββ−=+−+ 式中:P t 为气动功率;v 为有效风速;β为桨距角;λ为叶尖速比。
风力发电机转子侧变流器通常采用定子磁场矢量定向控制,选择定子磁链向量为d 轴方向参考。
定子侧有功功率通过转子电流分量i rd 控制,而定子侧的无功功率可以通过转子电流的励磁分量i rq 控制,实现解耦控制。
网侧变流器通过电压定向控制维持变流器组直流母线电压稳定和变流器交流侧无功控制,实现解耦控制[2]。
此项工作得到国家重点基础研究发展计划(973计划)资助,项目批准号:2009CB219700。
D-5273 储能装置的控制策略储能装置是微电网的重要组成部分,电能通过Boost 电路和DC/AC 变流器输送到电网,反之电网中的电能也可以通过DC/AC 变流器和Buck 电路传递给储能装置。
3.1 储能装置的PQ 控制模型当微电网运行在并网模式下,储能装置需要根据需要调节微电网与大电网之间的交换功率,工作在PQ 控制模式下。
与双馈式风力发电机转子侧和网侧变流器都是DC/AC 变流器不同,蓄电池和超级电容器需要Buck-Boost 电路和DC/AC 变流器电路进行解耦控制。
这种情况下DC/AC 变流器相当于DFIG 网侧变流器,使用网侧电压矢量控制,可以实现直流电压和无功功率的解耦控制。
Buck-Boost 电路的参考有功功率决定了蓄电池侧电流i ref 的大小。
图1 蓄电池储能装置PQ 控制系统结构图3.2 储能装置的V/f 控制模型当微电网运行在孤网模式时,没有了与大电网的联系,需要特定的电源为微电网系统提供电压和频率支撑,相当于电力系统中的平衡节点。
为了保证微电网在并网、孤网模式切换时能够平稳过渡,使用公共连接点断开前的电压幅值和频率作为V/f 控制的参考值,通过PI 环节决定i dref 和i qref 的大小。
4 仿真与结果利用DIgSILENT 的电力电子元件模块及多类型图2 微电网结构变流器控制模型构建了如图2所示的包含双馈式异步发电机,蓄电池和超级电容器的微电网模型。
4.1微电网并网运行微电网并网时,控制策略的目的是为了使其作为功率可调的整体运行单元。
设定发电机发出的有功功率随风速波动,无功功率与尽量满足与负荷一致为0.25MW 。
考虑到风速的波动性,始终保持噪声分量,并在15秒到30秒之间加入了1m/s 的斜坡风速,如图3。
图3 风速大小的波形4.1.1 超级电容器的作用超级电容器主要调节发电机和超级电容器并联母线的出口功率平稳。
将输出功率设定为发电机额定值附近,有功功率2MW ,无功功率0.25MW 。
下面各图分别为发电机发出的有功、无功功率,以及超级电容器的补充功率。
可以看出超级电容器的补偿功率波动曲线与发电机发出的功率波动情况吻和,满足补偿后的输出功率稳定在设定值附近。
图4 发电机发出的有功功率图5 超级电容器发出的有功功率D-527图 6 发电机发出的无功功率图7 超级电容器的无功功率4.1.2 蓄电池的作用蓄电池控制微电网与大电网交换功率。
考虑到负荷变化,设置负荷有功在10s 时减小20kW ,35s 时增加20kW ,如图8所示。
交换有功0-5s 时为10kW ,5-20s 为0kW ,20-45s 为-20kW ,45s 到50s 为10kW ,如图9所示。
图8 负荷有功变化曲线图9 交换功率要求图10 蓄电池的输出有功功率负荷无功在15s 时增大5kVar ,40s 时减小kVar ,如图11所示。
交换无功要求为0。
蓄电池的输出无功变化如图12所示。
图11 负荷的无功功率变化图12 蓄电池的输出无功功率4.2 微电网孤岛运行孤岛运行:10s-40s 之间孤岛运行 负荷有功变化:15s 时增加20kW ,30s 时减少20kW ;负荷无功变化:20s 时设定增加5kVar ,35s 时减少5kVar ,如图13和图14所示。
图13 复合的有功功率变化图14负荷的无功功率的变化图15和图16为交流母线上的频率和电压波形,可以看出微电网的频率和电压稳定。
图15交流母线的频率图16 交流母线的电压5 总结根据仿真得到的波形和数据说明了微电网并网和孤网运行的可行性,主要结论如下:(1)蓄电池和超级电容器的本质特性就是储能元件,可以存储系统中过剩的能量,方便分布式电源按照最大功率追踪原则的方式运行,尽可能地提高可再生能源的利用率,从而减少了对化石燃料的消耗,节约了能源。
(2)微电网并网运行时,蓄电池和超级电容器组成的储能装置能够保证微电网作为一个功率可调的单元,在短时间内可以像火力发电机组一样调节功率,提高系统的可靠性。
(3)储能装置能够使得微电网出口侧的功率恒定,减小了分布式电源侧和负荷侧的波动对大电网产生影响,提高了大电网的功率调节能力。
(4)储能装置能够作为主电源,在微电网孤岛模式下吸收或提供必要的能量,维持微电网功率的平衡,电压和频率的稳定,使其独立运行。
致谢此项工作得到国家重点基础研究发展计划(973计划)资助,项目批准号:2009CB219700,特此感谢。
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