海岛离网直流供电系统研究

摘要

海岛蕴藏着丰富资源，对国家具有重要的经济意义和战略意义。在海岛上要进行生产生活，能源供给是必不可少的。目前海岛的能源供应方式主要是通过远距离输电线路或在海岛安装柴油发电机，这样的方式无法满足经济和环保的要求。
　　海岛及其沿岸蕴藏着丰富可再生能源，近年来随着分布式发电技术的迅速发展和电力电子技术、储能技术的日益成熟，使得海岛多能互补发电系统的设计成为了可能。目前各国开始积极尝试多种可再生能源相结合的多能互补的海岛供电系统，但各种研究仍处于探索阶段，大部分研究只是针对某一个具体海岛提出设计和建设方案，具有一定的局限性。
　　本文通过对海岛电源、负荷和供电系统拓扑特性进行了对比分析，提出了与其特点相符合的海岛微电网结构设计原则，并根据以上原则提出了两种适合不同地理环境和资源分布的海岛微电网供电系统，最后，从海岛微电网经济性和可靠性两个角度，对于提出的海岛微电网供电系统进行了计算和分析。
　　论文首先详细分析了海岛可再生电源的资源特性、出力特性;对于海岛各类负荷进行了合理分类，并对各类负荷的用电需求和出力特点进行了比较分析，为下文提出海岛微电网设计原则进行了铺垫。
　　其次，文章从海岛地理环境、负荷类型、资源分布等因素出发，提出了若干海岛微电网设计原则，包括:海岛电网用电可靠原则、建设和运营经济性原则、系统灵活性和资源充分利用原则;并根据上述原则，提出了两种新型的离网型海岛直流微电网拓扑结构:主电源加辅助电源的星型拓扑、具有多个分布电源的环形拓扑。
　　之后文章从经济性和可靠性两个角度对于提出的离网海岛直流微电网拓扑进行比较分析。其中，经济性方面，是从微网建设投资成本和传输损耗率成本两方面进行考虑，提出了一种交、直流微网经济性的比较方法。并以文中提出的海岛直流微电网拓扑为例进行了计算分析，为建立海岛供电系统经济性评价体系提供了一种新的方法;在可靠性方面，结合配电网可靠性分析，利用最小割集法，提出了海岛微电网可靠性计算方法，并以文中提出的海岛直流微电网拓扑例，对几类主要的可靠性指标进行计算，根据计算的结果对三种海岛微电网进行比较，并指出各类海岛微电网结构的优缺点和适用范围。
　　论文为海岛微电网供电系统的规划设计和实际工程的建设提供了很好的参考，也为建立海岛微电网供电系统经济性和可靠性评估体系提供了一种新的思路。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究内容

第2章 海岛用电需求及供能特点

2．1 海岛可再生能源

2．1．1 风能资源

2．1．2 太阳能资源

2．1．3 波浪能资源

2．1．4 其他新能源

2．1．5 储能装置选择

2．2 海岛负荷

2．2．1 常规负荷

2．2．2 可调负荷

2．3 海岛典型微电网结构

2．3．1 并网型海岛微电网

2．3．2 离网型海岛交流微电网

2．3．3 离网型海岛直流微电网

2．4 本章小结

第3章 新型海岛微电网拓扑设计

3．1 海岛微电网设计原则

3．1．1 海岛电网用电可靠原则

3．1．2 海岛电网建设和运营经济性原则

3．1．3 资源充分利用原则

3．1．4 系统灵活性原则

3．2 新型海岛微电网拓扑结构设计

3．2．1 主电源加辅助电源的星型拓扑

3．2．2 具有多个分布电源的环形拓扑

3．3 本章小结

第4章 海岛典型微网结构经济性分析

4．1 建设成本

4．1．1 各元件价格

4．1．2 微网初始条件假设

4．1．3 微网建设成本计算

4．2 运营成本

4．2．1 传输损耗率

4．2．2 系统损耗率计算

4．3 三种微网拓扑的经济性比较

4．4 本章小结

第5章 海岛典型微网结构可靠性比较

5．1 元件的可靠性参数分析

5．1．1 换流站可靠性参数计算

5．1．2 直流变压器可靠性参数计算

5．1．3 直流断路器的可靠性建模

5．2 微网可靠性计算方法

5．2．1 解析法

5．2．2 模拟法——蒙特卡洛法

5．3 微网可靠性评估指标

5．4 利用最小割集法的计算微网可靠性步骤

5．5 算例计算

5．6 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢