基于RT-LAB的主动配电网数字仿真平台开发

摘要

随着分布式电源越来越多地接入配电网，传统配电网面临较多挑战。双向潮流、集成分布式发电装置的主动配电网，正逐渐取代传统单向潮流的被动配电网;采用主动控制机制使得配电网能够高效消纳大规模分布式能源，是配电网发展的高级阶段。数字仿真是研究电力系统运行的重要技术手段，鉴于主动配电网发展现状以及工程示范项目由于高昂的投入较难实施，获取可供借鉴的实验数据比较困难，建立主动配电网的数字仿真平台势在必行。
　　本文首先综述了主动配电网的发展与研究现状，分布式电源对配网带来的影响，储能电源的发展研究现状及其在电力系统中的应用;概述了含储能电源的配电网综合负荷建模的必要性、基本概念与流程。其次，从储能应用的角度，简述了单一及混合储能电源系统平抑风电波动与参与调频的模型及控制策略。再次，从平台架构的角度分析了软件开发的基本流程与设计原则，阐述了平台的功能与需求分析;形成了平台数据处理与结构流程图;设计了后台数据库表的格式。针对平台所需要的开发环境，给出并验证了通过RT-LAB进行模型仿真的处理流程;提出了利用S-函数搭建自定义模块以及在Simulink中建立自定义元件库的方法;提出并验证了平台及辨识程序与数据库实现通信的方法。
　　平台利用MATLAB/Simulink/GUIDE等作为用户界面开发、模型建立以及辨识建模的工具，使用VC++编写辨识算法，利用SQL Server2000数据库作为后台数据库服务器，利用RT-LAB仿真机加快模型仿真的流程速度，运用模块化软件设计思想及多种接口技术，将平台的各个功能模块、辨识程序模块及数据库有机集成为一个整体。
　　平台具有的功能主要包括:含不同类型分布式电源、储能电源、控制系统及基本元件的自定义元件库——创建与封装元件，对元件的添加、修改和删除等编辑操作;系统建模——含储能系统的主动配电网仿真系统模型搭建;仿真实验——模型运行，对采集的数据实时展示、实验结果查询;数据处理——在稳态和故障扰动情况下的仿真实验，将仿真实验数据经过截取处理后得到辨识需要的数据，或导入实测数据，数据的查询、显示与删除等操作;辨识建模——选择辨识数据、模型及算法，执行辨识程序，对辨识的参数处理，包括导入导出，查询及删除等操作;储能应用——选择储能功率跟踪模型，进行仿真，读取仿真数据并验证储能系统功率跟踪的有效性，选择单一储能及混合储能平抑风电模型，执行仿真，验证储能系统平滑风电波动的有效性，设置储能参与一次调频与二次调频的相关参数并验证储能系统动作时机与策略的效果。
　　最后从使用方法与数据处理格式等注意事项的角度，验证了平台的实用性。平台源代码开放、结构扩展性强、操作可靠，为研究主动配电网对配电网综合负荷特性的影响及其参与电网应用提供了良好的实验仿真平台。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题研究的背景与意义

1．2 主动配电网的发展与研究现状

1．2．1 国内外主动配电网发展现状

1．2．2 主动配电网研究现状

1．3 主动配电网对电力系统的影响及其应用

1．3．1 分布式发电对配电网络的影响

1．3．2 主动配电网及储能电源在电力系统的应用

1．4 本文的研究内容

第二章 配电网负荷建模理论及储能应用研究

2．1 考虑分布式发电的综合负荷建模

2．1．1 负荷建模的必要性

2．1．2 建模方法的选择

2．1．3 系统辨识方法

2．1．4 含储能电源的配网综合负荷建模

2．2 储能系统在平抑风电出力波动中的应用

2．2．1 单一储能系统平抑风电出力波动

2．2．2 混合储能系统平抑风电出力波动

2．3 储能系统参与电网调频

2．4 本章小结

第3章 数字仿真平台的设计

3．1 软件开发流程与方法

3．1．1 软件开发流程

3．1．2 面向对象的软件开发方法

3．2 平台的设计思路和设计原则

3．2．1 设计思路

3．2．2 需求分析

3．2．2 构建原则

3．2．3 系统结构

3．3 前台用户界面的设计

3．3．1 平台登录模块的设计

3．3．2 平台主界面模块的设计

3．3．3 元件建模与系统建模模块的设计

3．3．4 仿真实验模块的设计

3．3．5 辨识建模模块的设计

3．3．6 储能应用模块的设计

3．4 后台数据库的设计

3．4．1 辨识建模模块数据的设计

3．4．2 储能应用模块数据的设计

3．5 本章小结

第4章 数字仿真平台开发的方法研究与实现

4．1 基于RT-LAB的仿真技术

4．1．1 RT-LAB仿真平台简介及特点

4．1．2 RT-LAB仿真开发流程

4．2 平台开发环境

4．2．1 MATLAB GUIDE开发工具

4．2．2 Visual Studio．NET 2005开发环境

4．3 S函数自定义模块技术

4．3．1 S函数模块及其运作机理

4．3．2 仿真数据实时显示模块

4．3．3 基波正序分量及功率提取模块

4．4 自定义元件库的建立与扩充

4．5 访问数据的设计与实现

4．5．1 SQL Server 2000数据库

4．5．2 MATLAB与数据库通信的设计与实现

4．5．3 Visual Studio 2005与数据库通信的设计与实现

4．6 本章小结

第五章 数字仿真平台的应用检验

5．1 平台的登陆与账户管理界面

5．1．1 用户登录界面

5．1．2 账户管理界面

5．2 元件建模

5．3 系统建模

5．4 仿真实验

5．5 辨识建模界面

5．5．1 实测实验数据建模界面

5．5．2 仿真实验数据建模界面

5．6 储能应用界面

5．6．1 功率跟踪界面

5．6．2 平抑波动界面

5．6．3 参与调频界面

5．7 本章小结

结论

本文的主要研究内容和成果

进一步研究工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所发表的学术成果目录

攻读学位期间所参加的科研项目