光伏和风力发电系统的动态建模

摘要

在能源紧张和环境污染的双重压力之下，世界各国争相开发以太阳能和风能为代表的可再生能源。光伏发电和风力发电是太阳能和风能的主要利用形式。建立光伏发电系统和风力发电系统的详细电磁暂态模型有利于研究发电系统本身的控制策略、系统参数设计、谐波分析与治理等问题;建立简化的但又能反应系统动态运行特性的机电暂态模型，有利于研究光伏或风力发电系统与电网的交互影响、动态稳定、协调控制等电网层面问题。
　　 本文研究了光伏并网发电系统与风力发电系统的电磁暂态与机电暂态建模问题，主要内容如下:
　　 (1)研究了双级式光伏并网发电系统的电磁暂态与机电暂态建模问题。首先提出了一种光伏阵列模型参数获取方法，然后在分析基本运行原理的基础上建立了双级式光伏并网发电系统的详细电磁暂态模型。通过分别分析光伏阵列、DC/DC变换器和DC/AC变换器的功率特性，建立了光伏发电系统的机电暂态模型。采用粒子群优化算法(PSO)对所建立的机电暂态模型进行参数辨识，通过仿真对比证实所建立的机电暂态模型能反映光伏系统的动态特性。
　　 (2)研究了直驱式永磁同步风力发电系统的电磁暂态与机电暂态建模问题。建模对象选用双PWM结构的永磁直驱风力系统，在分析基本运行原理的基础上建立了直驱式永磁同步风力发电系统的详细电磁暂态模型。将普通同步发电机的三阶暂态模型进行适当调整、演化，建立了双PWM结构永磁直驱风力发电系统的机电暂态模型，采用PSO算法进行参数辨识，得到所建机电暂态模型的相关参数。通过仿真对比证实，机电暂态模型与电磁暂态模型在电网电压变化时功率响应特性接近。
　　 (3)研究了双馈风力发电系统的电磁暂态与机电暂态建模问题。按照基本运行原理建立了双馈风力发电系统的电磁暂态模型，在机电暂态模型中通过代数计算和一阶惯性环节代替了电力电子器件的开关动作。通过仿真证实，简化后的机电暂态模型可以反映风电系统对电网电压和风速变化的响应，若仅仿真风速变化，机电暂态模型可以进一步省略定子暂态过程。