构成常规水力发电的风电—水泵微电网优化研究

【摘要】：进入21世纪以来,随着人类社会的发展和工业技术的提高,能源消耗也与日俱增,能源问题已成为当今世界不可忽视的重大问题。面对越来越严峻的环境问题,开发利用清洁高效的可再生能源是解决未来世纪能源问题的主要出路。由于风能具有随机波动性和间歇性的特点,大规模开发风能、太阳能带来了并网方面的难题。为了减少新能源对大电网的冲击,利用可再生能源的分布式发电技术与大规模开发利用均成为了我国新能源发展的重要模式。 目前,分布式独立电力系统已成为了国际上研究的热点。对中小型独立电网来说,由于其热发电和水力发电装机容量的限制,电网的功率调节能力有限,因而限制了可以入网的风电容量。在这样的地区要进一步减少燃油消耗、噪声和环境污染,提高可再生能源的利用比率,可以平滑风能波动的储能技术的应用必不可少。抽水蓄能是技术上最成熟、易实现的一种储能方式,本文对在有风能和水库天然条件的地区,通过风-水组合将波动的风能转化为较稳定的常规水力发电后接入电网的方案进行了研究,目的是当电网可接纳的风电已达到极限时,进一步提高电网的风能利用比率。主要做了以下几方面工作： (1)对独立微网系统的研究现状进行了综述,提出了一种由风电-水泵-水力发电机构成常规水力发电的形式把风能以稳定的形式接入电网的系统结构,进而提高风电入网比重。对主要设备进行了选型和建模,并且介绍了其工作原理。 (2)基于粒子群算法提出了一种风电-水库的容量配比方法。考虑了在波动风能、降雨量和库容约束条件下,风电转化成水力发电量效率可达到最大的风机安装容量。 (3)研究了在整个风电功率波动范围内,多泵组调速运行过程中的功率切换点。通过优化算法确定了使得系统的运行效率最高的泵组间的功率切换点。 (4)提出了解决风功率在水泵切换点附近波动时的切换控制策略。采用滞环算法及上下阈值优化,实现了对功率在切换点上下波动情况下的控制策略,减少了由于频繁切换造成的能量损失。并且对系统进行建模,在Matlab\Simulink中搭建仿真模型,对泵组切换进行了仿真,验证了滞环控制策略在泵组切换运行中的有效性。 【关键词】：微网 风电 抽水储能 独立系统
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM76
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究的背景和意义10-12
• 1.1.1 研究背景10-12
• 1.1.2 研究意义12
• 1.2 独立微网系统的国内外研究现状12-16
• 1.2.1 国内外微网系统的研究现状12-14
• 1.2.2 独立系统的研究现状14-16
• 1.3 本文主要研究内容和章节安排16-18
• 第二章 风-水微电网设备的工作原理和建模18-38
• 2.1 系统需求和结构设计18-19
• 2.2 风力发电机组的选型19-20
• 2.3 直驱永磁同步风力发电系统的工作原理与建模20-27
• 2.3.1 风力机模型20-21
• 2.3.2 传动链模型21-22
• 2.3.3 永磁同步发电机模型22-23
• 2.3.4 背靠背全功率变频器模型23-27
• 2.4 水泵的选型和工作原理27-32
• 2.4.1 水泵的选型27
• 2.4.2 管路和离心泵的工作原理27-31
• 2.4.3 离心泵的建模31-32
• 2.5 离心泵驱动电机的选型和建模32-35
• 2.5.1 泵驱动电机的选型32-34
• 2.5.2 泵驱动电机的建模34-35
• 2.6 风速的模型35-36
• 2.7 水轮机的模型36-37
• 2.8 本章小结37-38
• 第三章 风电-水泵微电网中设备容量配比的优化38-49
• 3.1 设备容量配比问题的提出38-39
• 3.2 优化算法介绍39-42
• 3.2.1 粒子群算法的起源39-40
• 3.2.2 算法原理40-41
• 3.2.3 算法惩罚函数41-42
• 3.2.4 基本粒子群算法流程42
• 3.3 粒子群PSO对风电-水库的容量配比优化的算例42-48
• 3.3.1 系统优化目标43
• 3.3.2 已知条件43-44
• 3.3.3 风机装机容量与排水量的优化配比结果44-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 风电-水泵微电网泵组切换点的优化49-58
• 4.1 问题的提出49
• 4.2 泵的容量规格确定及切换点优化算法49-51
• 4.3 风电-水泵微电网泵组切换点的优化算例51-57
• 4.3.1 离心泵容量的选择51
• 4.3.2 管道系数的选择51-53
• 4.3.3 离心泵特性的曲线拟合53-54
• 4.3.4 优化结果54-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 风功率在泵切换点附近波动时的切换控制策略58-69
• 5.1 控制系统的结构设计58-59
• 5.2 风功率在泵切换点附近波动时的切换控制优化算法59-61
• 5.2.1 控制流程59
• 5.2.2 滞环控制59-61
• 5.3 泵组的切换仿真61-68
• 5.3.1 仿真模型61-63
• 5.3.2 仿真结果63-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-70
• 6.1 总结69
• 6.2 展望69-70
• 参考文献70-76
• 致谢76-77
• 攻读硕士学位期间参加的项目和发表的论文77

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