分布式发电系统建模及稳定性仿真

摘要

分布式发电技术的蓬勃发展特别是各种新能源发电技术的广泛应用使得现代电力系统进入了一个崭新的时代。区别于传统大电网运行模式，大量分布式电源接入到输配电网络中，其独特的电源动态特性、并网运行技术以及三相不对称网络结构会对电力系统的动态特性产生显著影响，本文的主要工作围绕分布式发电系统稳定性建模和仿真程序开发研究而展开。主要成果如下：
　　 在建模技术研究方面：总结阐述了在分布式发电系统中常用的典型电力电子装置准稳态模型以及控制环节构造，提出了一种电力电子通用化准稳态模型的设计方法，并将其应用于分布式发电系统建模之中。所提出的方法和模型有助于规范化分布式发电并网运行系统的模型表达形式。
　　 在仿真数值算法研究方面：将雅可比矩阵的数值微分求导法与预测-校正形式的隐式交替求解算法相结合，提出了一种适用于分布式发电系统稳定性仿真算法。这种方法的优点在于不需要事先获得雅克比矩阵元素函数的解析信息，完全在原系统状态方程和代数方程的基础上直接通过数值计算获得，可以自动计及系统模型结构突变时的影响，考虑到分布式发电系统中非连续控制环节的大量存在，这一特点在分布式发电系统稳定性仿真软件的开发中具有独特优势。
　　 在软件设计和开发方面：本文基于十字链表稀疏存储结构，发展了一种网式链表数据结构，该结构的引入可以实现数值计算中DAE系统雅克比矩阵高效稀疏存储。基于该数据结构提出了一种网式链表一双层算法(Mesh List-Double LayerAlgorithm-MLDLA)，双层结构的外层是显式积分模块，内层是隐式梯形校正迭代模块，显式、隐式数值算法计算流程统一在双层结构中实现。网式链表的应用使得内层隐式计算可以灵活有效地处理各种动态元件与控制器接口，DAE系统微分方程与代数方程接口，可以任意组装拼接基于模块化设计的DAE系统分块雅克比矩阵，为软件开发工作中新元件、新模型的添加和更新提供了一个简便的途径。
　　 最后，对分布式发电系统稳定仿真计算程序进行了面向对象分析和系统设计，提出了由分布式发电系统各种元件组成的“交直流双层母线树”结构，用以描述分布式发电并网系统，双层母线树接口类似于传统电网中发电机及其控制器单元，具有“即插即用”的特性。最后阐述了仿真程序中模型类、功能类的设计方法，以及主要类的结构和功能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题研究目的和意义

1.2分布式发电系统稳定性建模特征

1.3分布式发电系统稳定性仿真的基本方法

1.4分布式发电系统稳定性仿真软件开发

1.5本文的主要工作

第二章 分布式发电系统稳定性仿真模型研究

2.1概述

2.2分布式电源和储能元件的动态模型

2.2.1微型燃汽轮机

2.2.2风力机系统

2.2.3光伏发电并网系统

2.2.4燃料电池

2.2.5蓄电池储能系统

2.3电力电子准稳态模型的通用化设计

2.3.1电力电子装置准稳态模型

2.3.2通用化模型设计

2.4网络模型

2.4.1变压器稳态模型

2.4.2线路稳态模型

2.4.3负荷稳态模型

2.4.4并网元件与网络接口

2.5分布式发电系统全模型描述

2.6本章小结

第三章 分布式发电系统稳定性仿真算法

3.1概述

3.2分布式发电系统稳定性仿真算法

3.2.1显式交替求解算法

3.2.2隐式联立求解算法

3.2.3隐式交替求解算法

3.3基于数值微分求导的隐式交替求解算法

3.3.1雅可比矩阵数值微分法基本原理

3.3.2基于数值微分求导的隐式交替求解算法描述

3.3.3 对模型变结构的自适应性分析

3.4分布式发电系统稳定性仿真算法流程

3.5本章小结

第四章网式链表-双层算法结构在稳定性仿真中的应用

4.1概述

4.2网式链表的基本原理

4.2.1十字链表稀疏存储原理

4.2.2网式链表的基本特征

4.3 双层算法具体描述

4.3.1双层算法的内在联系和组织结构分析

4.3.2显式交替求解法的实现

4.3.3隐式联立求解法的实现

4.3.4隐式交替求解法的实现

4.4本章小结

第五章 分布式发电系统稳定性仿真软件设计

5.1概述

5.2分布式发电系统面向对象分析

5.2.1仿真单元层设计

5.2.2网络连接层设计

5.2.3系统仿真层设计

5.3分布式发电系统模型类设计

5.3.1分布式交流电机类

5.3.2分布式电力电子类

5.3.3分布式电源单元类

5.3.4分布式储能单元类

5.4分布式发电系统功能类设计

5.5分布式发电系统稳定性仿真程序实现

5.6本章小结

第六章仿真算例分析

6.1验证平台

6.2逆变器主导型分布式发电系统稳定性仿真算法测试

6.2.1算例系统描述

6.3数值微分求导的隐式交替求解算法的仿真验证

6.3.1算例系统描述

6.3.2算法性能测试与仿真结果分析

6.4含分布式电源动态模型的仿真测试算例

6.4.1算例系统描述

6.5本章小结

第七章全文总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

附录

致 谢