基于upfc的微电网潮流计算毕业设计(论文)(编辑修改稿)

基于upfc的微电网潮流计算毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

并且提出了新的分区理念，将系统化分为几个区域，每个区域中 DR 与负荷之间达到平衡， DR 的容量相对要大些，并且在每一个区域内，应该有一台DR(通常是该区域内容量最大的一台 )可以控制负荷频率，但其缺点也很明显，断路器因故障拒绝动作，因此导致隔离失败；电阻性故障时，保护可能会产生误动作，所以它不适用于 DR 低渗透率的配电网络。 UPFC 的研究现状 文献 [1121]讲述了 UPFC 的工作原理、功能与控制方法， UPFC 可以对有功、无功和电压分别进行控制，对于优化电力系统的运行、提高系统的暂态稳定、阻尼 系统的振荡具有显著的作用 [11]，其分内部控制和外部控制两个部分对统一潮流控制器 (UPFC)进行控制器设计 [12]；基于功率注入法 ,本文将UPFC 的优化控制问题转化为一个优化问题来求解 [13]； UPFC 的控制性能受到 2 个因素的影响：一个是其对控制运行点变化的鲁棒性，另一个是不同控制之间的交互影响 [14]；对 UPFC 的参数设计进行研究 [15]；文献 [16]介绍了非线性原一对偶路径跟踪内点算法进行电力系统最优潮流计算；文献 [17]研究了 UPFC 控制策略；文献 [18]介绍了 UPFC 安装位置的选择；文献 [19]介绍了一种新型的 UPFC：两侧分别有独自的直流侧并且两侧没有功率的交换等第 1 章 绪论 5 等；文献 [2021]介绍了 UPFC 在分布式电源以及微电网中的应用，提高了系统电压的稳定性。 统一潮流控制器 主要 在四个方面 进行 研究： UPFC的数学模型、 UPFC的控制 系统 、 UPFC的 主系统 变换器和 UPFC的 实际 应用 [22]。 (1)UPFC的数学模型 系统模型 是用来表达系统的 静态和动态特性，是 研究 系统的 基础。 因此为了能够更好地描述柔性交流输电系统 (FACTS)更好地研究 FACTS，关键要建立一个正确反应 FACTS的数学模型。 从描述对象来看 ， FACTS的模型可分为暂态模型和稳态模型。 暂态模型 用来研究 系统的动态特性与 运行行为 ；稳态模型 主要研究 FACTS系统的输入输出特性， 主要用于研究电力系统的 行为以及 电网中的 潮流控制。 现在常用的 方法主要有两种： 输出建模法 与 拓扑建模法。 输出建模方法比较简单， 一般情况下 将 系统简单地视为 一个电流源或电压源外接阻抗， 然后加入系统 本身的一些约束条件，得到 系统的数学模型 ，但 是该方法没有考虑系统的内部信息 ， 对于研究系统 的内部特性 有一定的缺陷。 拓扑建模法 主要根据 系统 在不同运行状态下，不同的拓扑结构 研究 写出方程 组 ，按整个 系统 具有 拓扑结构 的种类 以及 各个 拓扑结构的转移顺序 对方程组求解 ，从而 得到系统 的解析方程。 但是 拓扑建模 比较复杂，其 随 着 开关数的增加 将 呈 现 指数级增长， 并且 形成 统一的 数学 模型表达式 有很大的难度。 (2)UPFC的控制 系统 FACTS设备 控制系统的对其控制作用至关重要， 其对设备在电力系统中潮流控制 、 提高系统的稳定性 、 改善 电网传输能力 等方面起着很重要的作用。 FACTS设备 至少 有以下 三个功能： 实时 在线地 监控电网 系统的运行 情况 ， 特别是当电网运行在 不稳定和功率振荡 的 状态 时 ；能根据 监控 到的 运行情况得到相对应的最有利的 控制策略；能够 得到 改变 控制 策略 所需 的有效 信息。 要依据电力系统本身的运行特性来选择最佳的控制策略，在保证能实现 其他功能 时 ，综合基于模型的控制理论和智能控制方法，设计该运行状态下的最佳控制 系统。 根据 设计 控制 系统时 对系统信息提取和综合过程 的 不同， FACTS装置的控制策略可分为 3种：基于系统内部结构的控制方式、基于系统外部燕山大学本科生毕业设计（论文 ) 6 结构的控制方式、综合智能控制方式。 (3)UPFC的电力电子变换器 UPFC的主 系统 含 有 两个电压型变换器，在变换器的控制与实现上主要采用三种技术：多电平变换器及其叠加技术：矩阵变换器； PWM变换器。 多电平变换器是在 方波变换器的基础上发展起来的，必须与变换器叠加技术联合使用才能获得好的性能。 矩阵变换器是一种直接 ACAC变换器 (输出频率可调 )，将其用于统一潮流控制器是矩阵变换器的一种应用尝试。 UPFC变换器大多采用 PWM技术。 (4)UPFC的系统应用 改善电力系统运行行为是开发 UPFC的出发点，因此 UPFC必须放入系统中去考虑，潮流控制、电压控制、暂态稳定控制、阻尼控制是其设计的四个主要目标。 对 UPFC的系统应用的研究一般采用 MATLAB和 EMTP(电磁暂态仿真 )仿真或通过动模试验来进行。 本文研究的主要内 容 对微电网的潮流进行控制是本文研究的核心内容，传统的方法只能通过改变负荷的大小、电源或调整电源间负荷分配关系来实现。 本文采用了UPFC 控制微电网的潮流，只需要改变运行参数即可改变潮流分布。 由于实验条件所限，本文对所提出的新方法采用软件仿真进行验证。 全文研究内容主要分为如下四个部分。 (1)微电网建模。 微电网建模仿真是指在 Matlab/simulink 环境下建立微电网的仿真模型，它包括微电源、负载和线路等组成部分，建立简单的微电网仿真模型。 (2)UPFC 的建模与分析。 本文对 UPFC 的工作原理进行了分析，并分析了 UPFC 的基本控制功能，研究了 UPFC 在微电网中的潮流控制作用，为设计 UPFC 潮流控制策略奠定了基础。 (3)UPFC 的控制系统的设计。 根据 UPFC 在微电网中的潮流控制作用，建立控制系统的数学模型，并联侧和串联侧分别利用了双环解耦控制和交叉耦合控制，建立了控制系统的模型。 第 1 章 绪论 7 (4)仿真验证及分析。 建立了基于 UPFC 的微电网潮流控制的仿真模型，并对仿真结果进行分析。 并与没有 UPFC 的系统模型的仿真结果相比较，验证 UPFC 控制潮流的可行性。 燕山大学本科生毕业设计（论文 ) 8 第 2章 微电网的 仿真建模 微电网的基本结构 微电网是指 在 某一地区 使 用 分布式电源独立供电， 并且分布式电源与 储能系统、功率控制等单元 相联合 ，形成区域供电 系统 ， 产生 用户 所需的 电能和热能。 课题的研究重点是应用 UPFC 进行微电网潮流控制，而微电网的建模则是其中的基础，本章的主要内容是 构建 微电网仿真模型。 微电网的基本结构如图 21 所示。 微电网的重要组成部分是 分布式 电源和储能系统。 分布式 电源主要包括可再生能源和高效发电机组，可 再 生能源发电如太阳能发电、风力发电、水力发电，高效发电机组如微水电机组、燃料电池发电等。 微电网中的储能系统的作用类似于大电网中的抽水蓄能电站、调频厂，能够实现调 峰、调谷及调频等功能，当前主要研究的储能系统有飞轮储能系统、高温超导储能系统、蓄电池储能系统、超级电容储能系统及压缩空气储能等。 热 热 热热 热 热 热 热热 热 热 热热 热 热热 热 热 热 热热 热 热热 热 热热 热 热 热热 热 热 热 热热 热 热 热热 热 热 热 热热 热 热 热 热 热热 热 热 热热 热 热 热热 热热 热热 图 21 微电网的基本结构 微电网仿真模型研究的主要内容是由分布式电源构成的微电网的系统模型，本文整个系统仿真模型用发电机代替了分布式电源，本章将对光伏电源和风力发电电机进行简单的介绍。 光伏电源 第 2 章 微电网的仿真建模 9 光伏电池的基本原理 光伏电源是利用光伏电池组将可再生的太阳能转化为电能，其原理是 当半导体 表面受到 太阳 光照射 时 ，其内部的 P 区和 N 区中的价电子受到光子的冲击， 当 束缚价电子的能量 小于 光能 时 ， 则 价电子 将会 脱离共价键的 束缚 ，从价带状态激发到导带状态，最终导致半导体内部出现非平衡状态的电子空穴对， PN 结对载流子进行牵引，对外形成与 PN 结势垒电场方向相反的光生电场， 当 该半导体 与外部电路接通时 ，就会有电能输出 [23]。 该电场电压为： )ln (2nNNqkTU i dai  (21) 其中， da NN、 分别为电子和空穴的密度， in 为光生少数载流子密度， k 为玻尔兹曼常数 (  J/K)， q 为电子电荷 (  C)， T 表示绝对温度。 光伏电池的基本模型 研究光伏电池一般研究其等值电路模型，其 模型 通常 有 3种。 第 1种是 将光伏电池 的内部电阻全部忽略不计的 简单模型，该模型在 对 光伏电池 进行 理论研究 时有较多的应用 ；第 2种模型是 除了 光伏电池 的 并联电阻 外其他的电阻全部忽略的 模型，该模型 虽然有较高的精度 ， 但是很少用于实际研究中 ：第 3种模型 时电池的所有电阻均不能忽略，研究 时考虑串联电阻和并联电阻，具有较高的精确度， 其等值电路模型如图 22所示。 DU+IRshIshIphIdRse Rscr 图 22 光伏电池 等值电路 模型 图中电流 Iph为光生电流， 不受外接负载等因素的影响， 只 与 光照强度 有关。 其 大小与 光伏 电池的面积 成正比，也与 入射光的辐射强度 成线性关系 ，燕山大学本科生毕业设计（论文 ) 10 也会受环境温度的微小的影响 ；光电流 经过 负载 RSCR时 产生电压 U，它 反作用于 PN结， 正向偏置于 PN结， 其结果是 产生暗电流 Id， Id的大小反映了 在当前 环境温度 下 ， PN结 根据自身 的能力 大小所 产生的总扩散电流的变化情况。 因为光伏电池输出电能时与外界接触产生接触电阻 ， 并且所用原料自身 具有电阻率， 所以有电流从这些电阻流过时会产生一定的 损耗，用一个串联电阻Rse表示； 另外因为电池的边沿可能会漏电和电极的损坏处产生的金属桥漏电 等， 这样就会短路一些原本流过负载的电流 ， 产生的这 种损耗 可 以 用一个并联电阻 Rsh表示， 流过其的电流为 Ish。 Rse与 Rsh相比， Rse相对电阻很低 ，小于 1欧姆；而 Rsh相对电阻就很高 ，约几千欧姆。 因此光伏电池的输出电流 可以表示 为 I=IphIdIsh，应用 基尔霍夫 电流定律， 可以推导出负载电流 ， 该电流 与其端口电压 U二者关系式为 ： RUA K TUqIII shococosph   1e xp (22) seoc IRUU  (23)  )25(100  TKIGIiS C Rph (24)    TTBKqETrTII rGOoros 11e xp3 (25) 式中 I为光伏电池 的 输出电流； U为 输出端口 电压； Uoc为光伏电池开路电压；Ios为光伏电池反向饱和电流； T为光伏电池的热力学温度 (oC)； q为电荷常量(1019C)； G为太阳辐 射系数； ISCR为在 25 oC和 1000瓦每平方米时的短路电流； Tr=； Ior为在 Tr=； Ki为短路电流温度效应系数，一般取 ； A， B为 PN结 的理想因数； K为波兹曼常数 (l023J／ K)。 风力发电机 风能是一种 无污染 的 环保的 可再生能源， 随着资源和环境问题受到越来越大的关注 ， 人们更加地重视通过风力发电机进行风能发电。 我国 复员辽阔，具有丰富的风能资源 ， 有大约 10亿千瓦 的风能储量能够被开发利用 ， 其中大第 2 章 微电网的仿真建模 11 部分是海上的能量， 大约占总量的四分之三，其余的为陆地上可开发和利用的风能占剩下的四分之一。 风力发电越来越重要， 中国新能源战略 已经开始将其 作为重点，按照国家规划，未来 13年， 在 全国 范围内 风力发电装机 总 容量将达到 20xx万至 3000万千瓦。 若想开发利用风能，必须利用风力发电机，因此 全力研究风力发电机是全面开发利用风能的基础和重要部分。 目前常用的风力发电机主要有变桨距型鼠笼式感应风力发电机、变速恒频的双馈式风力发电机以及直驱式永磁同步风力发电机。 由于变桨距感应风力发电机发出功率较小并且控制比较方便，微电网中采用该发电机相对较多。 而 在大型风力发电厂还是主要应用后两者。 下面分别 介绍 目前广泛使用的 3种风力发电机组及其控制方式、特点。 鼠笼式感应风力发电机是目前我国应用比较广泛的一种风 力发电 机，其结构图如图 23所示。 在该结构中， 首先叶片。