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1、三峡大学 硕士学位论文 分布式发电仿真 姓名：苏虎成 申请学位级别：硕士 专业：电力系统及其自动化 指导教师：周云海 20100401 II 内 容 摘 要 随着灾害性天气频繁的发生，大电网的弱点在湖南冰灾中已暴露无余，从而催生 了人们对分布式发电的思考。在加上经济危机的爆发和石化等传统能源的逐渐枯竭， 引起了人们对太阳能、风能的大力关注，各国更加不遗余力的推进对太阳能和风能的 开发利用。为便于研究，对太阳能和风能的仿真就尤为重要了。 文中详细描述了分布式发电中的太阳能和风能发电系统， 了解了系统的必要的组 成部分，其中包括电源部分、控制电路部分、直流变换部分和逆变部分等等。并分别 在MATL
2、AB中的SIMULINK下搭建了它们的仿真模型， 仿真结果表明所搭模型的正确性。 在太阳能发电系统中，通过对现今几种常用的最大功率跟踪控制方法（MPPT）的分析 研究，知道了开路电压法、短路电流法，扰动观察法和最优梯度法等方法的优缺点， 从而找到了一种新的控制方法基于改进的最优梯度法。 该方法从理论上克服了上 面几种方法存在搜索时间长和在最大功率点附近震荡等缺点。 通过仿真可以看出这种 方法能稳定快速的进行最大功率跟踪，为太阳能发电找到了一种很好的控制方法。本 文也对风力发电系统中的最大功率控制进行了研究和仿真。 最后对孤岛下太阳能和风 能混合发电系统进行了建模与仿真， 仿真结果表明整个系统能
3、正确的反映实际应用中 的混合发电系统的运行情况，从而为进行分布式发电研究提供了便利。 关键词：分布式发电 太阳能 风能 最大功率控制 关键词：分布式发电 太阳能 风能 最大功率控制 III Abstract With more and more frequent occurrence of disastrous climate, the weakness of the large scale power grid has arose in the ice disaster of Hunan province in 2008，and this leads to pay close attenti
4、on to the distributed generator; With the outbreak of the economic crisis and the gradual depletion of fossil and other traditional energy, many states try their best to vigorously promote the development of solar and wind power. So simulation of solar and wind power is particularly important. This
5、article describes solar and wind power generation system in the application of distributed generation in detail and we know the systems essential components. DG is composed of the power、 the control circuit、 DC transformation、 the inverter section and so on. The article builds these parts in MATLAB/
6、SIMULINK respectively and simulation results show that these models are correct. By analyzing the advantages and disadvantages of the open-circuit voltage and short-circuit current method、disturbance observation and the optimal gradient method, the article has found a new way to control the solar ce
7、lls, namely the improved optimal gradient method. The method theoretically overcomes the disadvantages, which include shocking in the vicinity of the maximum power point and spending a long time in searching in the maximum power point in the methods above. This method is effective manner according t
8、o the simulation results, so it can be applied to the actual control. It also studies and simulates the maximum power control of wind power. Finally, it establishes and simulates the solar and wind power hybrid system. Simulation results show that the entire system can correctly reflect the actual o
9、peration of the system. So, it provides convenience for the research of distributed generation. Key words: Distributed Generation Solar Energy Wind Energy MPPT I 三峡大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明 确方式标明，本人完全意
10、识到本声明的法律后果由本人承担。 学位论文作者签名： 日 期： 1 引 言 自从十八世纪以来生产力有了很大的发展， 期间的工业革命更是使得人类的经济 水平有了空前的提高。人们的生活已得到大大的改善，同时人们对煤、石油、天然气 等不可再生能源的需求也不断增加， 传统能源正日渐枯竭。 环境也受到了很大的污染， 灾害性天气不断的发生使得人们对大电网的弱点认识不断加深。 于是分布式发电日益 被人们所重视，加之经济危机等问题的出现,使得利用太阳能和风能发电成了当今热 点。大家知道太阳能电池板和风力发电系统的价格虽有所下降但依然较高，如果直接 拿它们做研究成本太高，且还存在现场很多不确定因素等等，因而对它
11、们进行仿真就 很必要了。 本文在 MATLAB 中搭建了太阳能和风力发电系统中各个组成部分的模型并对它们 进行了仿真，仿真结果验证了所建模块达到了要求。在搭建了上述模型之后还对太阳 能和风能发电中的热点问题之一最大功率控制进行了研究， 并提出了一种新的太 阳能 MPPT 控制方法。通过仿真验证了该方法能较快的搜索到最大功率点，且在最大 功率点附近震荡小等优点。最后在进行了上述研究的基础之上，进行太阳能和风能的 混合发电研究，仿真结果表明所搭模型能正确反映实际的工作情况，从而为更进一步 的相关研究打下了基础。 2 1 绪论 1.1 分布式发电背景 1.1.1 能源危机及环境问题 自从十八世纪以来
12、生产力有了很大的发展， 期间的工业革命更是使得人类的经济 水平有了空前的提高。人们的生活已得到大大的改善，同时人们对煤、石油、天然气 等不可再生能源的需求也不断增加，传统能源正日渐枯竭。据国际相关权威部门在 21 世纪初对世界能源储量的调查表明：石油、天然气和煤炭可采量分别为 39.9、61 和 227 年。以上数据表明石化、煤炭等传统能源的可采量已经十分有限了 1。基于传 统能源和原料的产业链的现代市场经济可能会因为传统能源的枯竭而中断， 进而引发 世界政治、经济的动荡。事实上，能源的重新配置与分配已经对前年的经济危机的爆 发产生了极大的影响，各国都对如何利用新能源，既发展相关的技术来整新全
13、球经济 而报以很大的希望。在我国，中央更是发出了关于加快利用风能，太阳能，核能等新 能源的号召。能源危机迫在眉睫，新能源的发展受到了全球人们的广泛关注 2。 伴随着这些不可再生能源的大量消耗，二氧化氮排放量的增加，地球气温的升高 而引起南、北极洲冰川融化从而使得海平面升高陆地面积减少，已经严重危及到了沿 海居民的生存；沙漠化的扩大、沙尘暴的频繁发生和空气质量的下降带来的各种呼吸 道疾病的增加等等环境问题已经影响了人类的生存状态， 使得环境问题成了人们关注 的重大问题，利用清洁能的呼声也不断提高。 在这样的时代背景下， 很多国家都已经制定各种方针政策来缓解能源危机和加大 环境保护的力度。联合国于
14、 1972 年 6 月 5 日在瑞典首都斯德哥尔摩第一次召开了世 界人类环境保护大会；此后，联合国环境保护规划署成立，环境保护从此提上了联合 国的议事日程，每年的六月五日也被定为“世界环境保护日” 。1997 年 12 月在日本 “京都议定书”的签订，和 2009 年 12 月有 192 个国家在丹麦首都哥本哈根参加的联 合国气候变化大会，世界各国更是发出了自己对保护地球的强有力的呼声。 “地球是 大家的地球” ， “抵制污染，创建绿色家园” ， “你的星球需要你，联合起来应对气候变 化”等等众多随处可见的环保标语、主题和诸多召开的环保国际会议无不反映了全世 界人们的心声 3。再加之从 200
15、8 年下半年的经济危机的爆发到现在经济危机的持续 更是使得人们在如何减少对传统能源的依赖方面， 在如何保护地球环境的情况下继续 提高人们的生活水平，促进经济的发展等问题进行了广泛的研究。 1.1.2 现代电网的弱点 当前以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式现代电网供给了世界上大部 分负荷的能量。由于当今科技和相关产品质量的不断提高，使得其对高质量和高可靠 性的电力供应的依赖性越来越强， 在以高科技为主导的经济发展模式下大电网已经越 3 来越难满足社会对电力的这种要求了，其主要缺点如下： 1) 缺乏灵活性。大电网不能很快的随着负荷的变化而变化。为了调峰而需要建 造发电厂，由于其发电的时间很
16、短所以发输电设施的利用率和其经济效益都较低。 2)局部事故容易扩展为全网事故。我们知道大电网整个系统是一个整体，若其中 任何一点有故障所发生，其扰动都将会影响到整个电网，严重时可能引发大面积停电 而对社会造成很大的损失。这样的事故在国外时有发生，如 2003 年 8 月 15 日发生的 美加东部联合电网大停电事件等等。 3)构成大电网的电厂大部分以消耗传统能源为主其对环境的破坏较大不能满足 环保的需求。伴随飞速发展的经济而产生的是对全球自然环境的破坏，所幸的是我们 认识到了我们的地球正在遭受到的巨大破坏，所以“绿色环保”已被各国大力倡导， 开发新型的绿色能源，探索高效、节能、环保的发电方式对环境的保护及其重要，所 以世界各国都在大力研究分布式发电。 而分布式发电的却具有大电网所不具有的优点: 1）安全可靠性高。它可以弥补大电网安全稳定性的不足,在意外灾害发生时能够 继续供电。 2）分布式发电系统建设成本低和输配电损耗小。 3）调峰性能好,操作简单。 正是由于上述特点，分布式发电受到各国重视，据研究表明:大电网系统和分布 式
