分布式電源的建模研究

劉子悅　鄒婷　李奇峰　王宇威　苑智博　李芊芊

摘要：目前環(huán)境污染和能源短缺的問題越來越嚴(yán)重，在我國(guó)智能電網(wǎng)和電力市場(chǎng)正在逐步推行，傳統(tǒng)的大電網(wǎng)集中供電模式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)今社會(huì)對(duì)電力供應(yīng)的需求。分布式發(fā)電因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為了未來發(fā)電網(wǎng)發(fā)展一種極其具有潛力的發(fā)電方式。合理的利用和開發(fā)分布式電源已經(jīng)成為改善供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性的重要措施和趨勢(shì)。分布式電源的大量引入，給電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定帶來了新的挑戰(zhàn)。因此，準(zhǔn)確地掌握分布式電源的輸出特性對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。本文首先對(duì)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的國(guó)內(nèi)外發(fā)展進(jìn)行了介紹，并根據(jù)其工作原理進(jìn)行了建模。

關(guān)鍵詞：分布式電源；風(fēng)力發(fā)電；光伏發(fā)電

中圖分類號(hào)：TM732 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1001-828X（2017）003-0-01

一、風(fēng)力發(fā)電

1.風(fēng)力發(fā)電發(fā)展概況

風(fēng)能資源非常豐富，可利用風(fēng)能的總量比全球可開發(fā)的水資源的總量要大十倍甚至更多。由于石油、煤炭和天然氣等化石燃料資源越來越少，水資源枯竭、空氣污染、全球變暖等其他環(huán)境問題日益嚴(yán)重，人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注風(fēng)電這樣一種無污染、可再生的清潔能源。目前五十多個(gè)國(guó)家都在積極推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，隨著技術(shù)不斷成熟，越來越多的國(guó)家將加大對(duì)風(fēng)電的投入以此來促進(jìn)風(fēng)電電價(jià)的降低?？紤]地理因素和環(huán)境因素的影響以及政府稅收優(yōu)惠政策的支持，某些地區(qū)的風(fēng)電價(jià)格已經(jīng)能夠同火電和其他能源形式的發(fā)電價(jià)格展開競(jìng)爭(zhēng)。我國(guó)的風(fēng)力資源儲(chǔ)量世界排名第一，可開發(fā)利用的風(fēng)電能源總量為 2.5億千瓦，僅次于美國(guó)和俄羅斯，位居世界第三。自從1986年在山東第一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)以來，我國(guó)政府一直在大力支持風(fēng)電發(fā)電，先后出臺(tái)了一系列的支持政策，有力地推動(dòng)了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。

2.風(fēng)力發(fā)電機(jī)的類型

風(fēng)力發(fā)電機(jī)依據(jù)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度是不是發(fā)生改變，有運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子速度變化的和轉(zhuǎn)子速度不變的兩大類。我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)普遍使用的是異步發(fā)電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能可以直接提供給負(fù)荷，也可以經(jīng)過變換后并入網(wǎng)絡(luò)。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)在發(fā)電時(shí)需要在電網(wǎng)中獲取一定量的無功功率，因此一般的情況下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不可能脫離網(wǎng)絡(luò)，除非投入其他電力裝置，比如加裝無功補(bǔ)償裝置等方法。與其他發(fā)電方式相比該方法的劣勢(shì)是花費(fèi)相對(duì)較多。因此，雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電。

3.風(fēng)速模型

風(fēng)能為風(fēng)電機(jī)提供動(dòng)力，風(fēng)電機(jī)輸出的電能是隨著風(fēng)的速度的變化而發(fā)生改變。因此，如果要準(zhǔn)確描述輸出電能的變化規(guī)律，就使用一段時(shí)間內(nèi)風(fēng)的速度的大小隨時(shí)間而發(fā)生改變的規(guī)律作為原始參數(shù)。在初期描述風(fēng)速隨時(shí)間的變化規(guī)律是用來提高含有風(fēng)電力網(wǎng)絡(luò)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。但是最開始的描述風(fēng)速的方法均采用平均風(fēng)速作為最基本的參數(shù)，這種方法雖然不復(fù)雜但是精確度較差。為了提高上述方法的精確度，把用平均風(fēng)速作為基本數(shù)據(jù)，改進(jìn)為與風(fēng)速相關(guān)的四個(gè)參數(shù)作為數(shù)據(jù)。

二、光伏發(fā)電

1.光伏發(fā)電發(fā)展概況

太陽能是地球上能源的重要組成部分，它沒有地域的限制，處處皆有且可以直接利用，此外它更是一種無污染的可再生能源。發(fā)展光伏發(fā)電已經(jīng)成為全球各國(guó)解決節(jié)約能源保證經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，保護(hù)環(huán)境的最佳方法之一。除此之外，光伏發(fā)電在我們生活中應(yīng)用非常廣泛，許多智能電器都是利用光伏系統(tǒng)提供動(dòng)力。

2.光伏系統(tǒng)的模型

在光伏系統(tǒng)的應(yīng)用中，小型可以帶負(fù)荷形成一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，獨(dú)立運(yùn)行，也可以接入到電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。大型的光伏系統(tǒng)的運(yùn)行方式一般都是并入到電網(wǎng)，輸出的電能再由電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)劑和分配，再到用戶。大型的光伏系統(tǒng)花費(fèi)比較多，修建這種系統(tǒng)的時(shí)間也比較長(zhǎng)。因此，興建小型的光伏系統(tǒng)是發(fā)展的趨勢(shì)。如何為在這種小型的光伏系統(tǒng)建立模型，準(zhǔn)確的描述它的發(fā)電量非常重要。這種小型的光伏系統(tǒng)所包含的基本的元件如圖所示：

成組光伏電池的連接方式為并聯(lián)或者是串聯(lián)。不同的連接方式的輸出的電壓和電流的特性各有不同。采用串聯(lián)的連接方式對(duì)輸出直流電壓的輸出值有一定的影響，與之相對(duì)應(yīng)的，采用并聯(lián)的連接方式對(duì)直流電流的輸出值有一定的影響。通過上面的分析，采用不同連接方式的組合可以得到我們所需要的輸出特性。

三、結(jié)語

本文首先對(duì)兩種最常見的分布式電源即風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的發(fā)展進(jìn)行了概述，分析了這兩種分布式電源的工作原理，最后根據(jù)實(shí)際情況提出了一種風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的建模方法。

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