分布式冷热电联供能源系统实时仿真研究

摘要

分布式冷热电联供能源系统是目前广受重视的新型供能系统，在发电的同时向用户供冷供热，该系统是一种包含多种能源形式的综合能源系统，能够实现能源的互补与梯级利用，具有清洁高效等特点。建模与仿真技术是系统研究量化与深入的基础，因此分布式冷热电联供能源系统的仿真研究已成为综合能源系统研究中重要课题。 本论文的目的是构建一个适用于分布式冷热电联供能源系统的实时仿真平台。实时仿真相对于离线仿真更接近实际情况，相对于物理试验具有模型建立更加快捷、成本低廉、扩展性好等优势。论文从综合能源系统主要设备的实时建模入手，基于通用实时仿真器UREP，实现不同能源系统的耦合建模，完成了仿真平台的建立。 论文首先概述了分布式冷热电联供能源技术国内外的发展，重点阐述了综合能源系统仿真技术的研究现状，简要介绍了实时仿真技术。随后依据典型仿真步长的长短将分布式冷热电联供能源系统分慢速与快速两个部分，并对慢速系统中微型燃气轮机、燃气管道、接口阀门、电加热器等主要设备的数学模型进行了归纳与研究，建立实时仿真模型，对快速系统中的微燃机发电系统、分布式光伏发电与分布式风力发电系统的数学模型进行了总结，介绍了快慢系统接口处的结构，讨论了变流器的控制策略，并建立了实时仿真模型，实现了多个能源系统的耦合建模。 随后利用两台通用实时仿真器UREP、交换机与PC上位机等构建了适用于分布式冷热电联供能源系统的实时仿真平台，慢速与快速系统分别在两台通用实时仿真器UREP中进行实时仿真，PC上位机则实现人机交互工作。本文采用两个案例对仿真平台在实际系统中的应用进行研究，案例一为电-气耦合综合能源系统，案例二是在贵州大学落地的示范项目柔性互联城市配电网基础上做的分布式冷热电联供的扩展，并为案例二在PC上位机中基于LabVIEW建立了人机交互程序。两个案例分析表明该平台能够胜任分布式冷热电联供能源系统的实时仿真工作，为综合能源系统研究的深入奠定了基础。 最后，对全文的工作进行了总结，并对研究的后续发展方向进行了展望。

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第一章 绪论

课题研究背景及意义

分布式冷热电联供能源系统发展概况

1.2.1 国外发展概况

1.2.2 我国发展概况

1.2.3 综合能源系统建模仿真技术研究现状

1.3 实时仿真技术

1.3.1 实时仿真技术概况

1.3.2 实时仿真器介绍

1.3.3 通用实时仿真平台UREP

1.4 论文主要研究内容

第二章 分布式冷热电联供慢系统建模

2.1 引言

2.2 微型燃气轮机

2.2.1 微燃机结构

2.2.2 模块化建模

2.2.3 压气机与透平变工况特性曲线

2.2.4 微燃机MATLAB/Simulink模型

2.3 燃气管网

2.3.1 燃气管道

2.3.2 压缩机

2.3.3 接口阀门

2.4 热力系统

2.4.1 电加热器

2.4.2 供热管道

2.4.3 散热器

2.4.4 储热水箱

第三章 分布式冷热电联供快系统建模

3.1 引言

3.2 微型燃气轮机发电系统

3.2.1 微型燃气轮机发电系统结构

3.2.2 快慢系统连接部分

3.2.2 永磁同步发电机

3.2.3 变流器结构

3.2.4 变流器控制策略

3.3 分布式光伏发电系统

3.3.1 光伏电池

3.3.2 最大功率跟踪控制

3.3.3 光伏发电装置仿真模型

3.4 分布式风力发电系统

3.4.1 永磁直驱风力发电系统结构与数学模型

3.4.2 永磁直驱风力发电系统MATLAB/Simulink建模

第四章 实时仿真方案设计与案例分析

4.1 引言

4.2 综合能源系统实时仿真方案设计

4.3 电-气耦合综合能源系统实时仿真

4.3.1 系统概况

4.3.2 实时仿真结果与分析

4.4柔性互联城市配电网综合能源系统实时仿真

4.4.1系统概况

4.4.2 实时仿真结果与分析

4.5 人机交互程序设计

4.4.1 程序设计

4.4.2 主要功能

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 展望

参考文献

附录

攻读硕士期间发表论文情况

致谢

原创性声明