摘 要

随着世界能源的日益紧张，以及人类的清洁环保意识越来越强烈，原始的化石燃料已经不足以满足人类的可持续发展道路需求，所以新能源的开发利用是未来的发展趋势，其中太阳能是研究的重中之重。分布式光伏发电是利用太阳能的一种发电方式，但是它的缺点很明显，例如材料成本高、发电功率容易受环境影响等。为了平衡经济、能源和环境三者的关系，解决分布式发电接入配电网存在的问题，于是微电网的概念被提了出来。微电网能将很多分布式电源、负载、储能装置及控制系统等有效联系和结合地为分布式光伏发电系统服务。微电网与分布式光伏发电的结合能解决上述问题，是未来研究的主要方向。

本文主要内容如下：

1. 介绍了课题的研究背景，微电网的概述和国内外研究现状，以及分布式光伏发电的概述。

2. 介绍了分布式光伏发电的典型结构和光伏电池的数学模型，影响光伏电池功率的因素是光强与环境温度。分析了最大功率点的典型跟踪算法干扰观测法，并进行了仿真模拟。

3. 介绍了微电网的典型结构与两种运行特性，然后分析了微电网中光伏微源的三种控制策略，最后针对微电网在实际环境中输出功率的波动问题提出了用超级电容作为储能装置来对输出功率进行补偿和吸收，并且进行了模拟仿真。

4. 介绍了分布式光伏发电和微电网的三种整体控制模式，通过对比选择了主从控制模式作为主控制模式。并接入大电网，建立了带有多个PQ控制的分布式电源的微电网模型，仿真分析了运行方式发生改变后的微电网和大电网的运行情况。

5. 对全文所做工作进行了总结，并对未来分布式光伏发电与微电网的应用做了展望。

关键词：分布式光伏发电、可再生能源、微电网、模拟仿真、控制策略、控制模式、运行特性

Abstract

Along with more intensified global energy and strongly awakened clean environmental protection awareness, the traditional fossil energy sources may not satisfy the demand of human sustainable development; thus, development and utilization of new energy shall be the future development trend; especially the solar energy shall be crucially under research. The distributed photovoltaic power generation method as one solar energy usage means has its own unique disadvantages such as high material costs and sensitive environmental impact of solar power. For balancing the relationship between economy, energy and environment and solving the connecting network issue, the micro-grid concept was proposed; moreover, integration of the distributed photovoltaic power and micro grid technologies may be effectively utilized to solve a series of connecting network issues and complement and support for the large power grid; thus, it shall be an important direction for the development of renewable energy in the future.

This study focused on contents as follows:

1. The research background of this study was introduced and the microgrid development, domestic and foreign research situations and distributed photovoltaic power were summarized.

2. The typical structures of the distributed photovoltaic power plants were briefly presented and a mathematical model of photovoltaic cells was established, whose power may be affected by the light intensity and the ambient temperature. Moreover, the typical tracking algorithm (namely the perturbation and observation method) was under simulation and analysis of the maximum power point.

3. Typical structures and two operating characteristics of the microgrid were presented and 3 control strategies were analyzed for the microgrid PV micro sources. The scheme (super-capacitors as the energy storage unit) for compensation and absorption of the output power in view of the actual micro grid output power fluctuation; and the corresponding simulation was performed.

4. 3 entire control strategies of the distributed photovoltaic power system and the microgrid were presented; and the master/slave control mode was selected as the primary control mode based on comparison. As for parallel connecting a large power grid, the PQ control mode was selected to specially control various kinds of distributed power sources. A microgrid model including 4 distributed power sources was established for simulation and analysis of operation situations of the microgrid and the large power grid while changing the operation mode.

5. The whole summary of this study was presented and the future distributed photovoltaic power and microgrid applications were prospected.

Overall, simulation and analysis of the distributed photovoltaic power and microgrid applications may provide reference for design and improvement.

Keywords: distributed photovoltaic power; microgrid; simulation; control strategy; control mode; operation characteristics

目 录

第一章 绪论 1

1.1 文献综述 1

1.1.1分布式光伏发电微电网概述 1

1.1.2微电网简介及国内外研究现状 2

1.1.3分布式光伏发电系统简介 2

1.2 工程应用情况 4

1.3 本文主要研究内容 7

第二章 分布式光伏发电系统研究 7

2.1 分布式光伏发电系统典型结构 7

2.2 分布式光伏发电系统的数学模型 12

2.3 最大功率点跟踪控制 14

2.3.1 最大功率点跟踪典型算法 14

2.3.2 干扰观测法仿真验证 15

2.4 本章小结 16

第三章 微电网中的控制策略与功率补偿研究 17

3.1 微电网典型结构与运行特性 17

3.1.1 微电网典型结构 17

3.1.2 微电网运行特性 17

3.2 微电网分布式光伏发电控制策略简介 18

3.2.1 恒功率控制 18

3.2.2 恒压恒频控制 18

3.2.3 下垂控制 18

3.3 超级电容对系统功率补偿和吸收研究 18

3.3.1 超级电容器模型 19

3.3.2 超级电容对系统输出功率的补偿和吸收原理 20

3.3.3 超级电容对系统输出功率的补偿和吸收的仿真分析 20

3.4 本章小结 21

第四章 接入微电网的分布式光伏发电的运行特性 22

4.1 微电网整体运行控制模式 22

4.2 主从控制微电网运行特性仿真分析 23

4.2.1 孤岛负荷变化时微电网运行状态 23

4.2.2 并网模式下微电网运行状态 25

4.3 本章小结 28

第五章 总结与展望 29

参考文献 30

致谢 31

第一章 绪论

1.1 文献综述

1.1.1 分布式光伏发电微电网简述

当今世界能源问题日益严重，传统的化石能源使用时既不清洁，也属于不可再生能源，所以需要寻找新能源来代替。电能是如今应用范围最广的一种新能源，来源多，获取迅速且方式多样，并且使用无污染，对经济发展做出了巨大贡献。因此如何更加有利地利用电能，因地制宜地利用电能，提高电能利用率是当今世界发展的重大问题。

传统电网的缺点很多，并且很不环保。传统电网中的电能运输到用户家大多是远距离靠电线传送，距离越远，中途的电能损失就越大，且故障维修成本高时间长^[1]。传统电网的发电方式多半是水力发电、火力发电或者风力发电。水力发电建设成本高且对地理环境要求严格；火力发电耗能高效率低，对环境污染大且不属于可持续发展；风力发电建设成本也很高并且发电功率受天气环境限制。上述这些传统发电方式都存在一些致命弊端，因此传统电网必将被新型电网取代或者发生改变。

分布式光伏发电设置在用户附近，能将用户附近可以利用的太阳能源收集起来用于发电，避免了能量的浪费，并且除了供给用户自身使用外，还可以将多余的电能输送给大电网，这样就大大提高了能量的利用率。太阳能属于可再生能源，且环保无污染，符合可持续发展理念。但是分布式光伏发电也有一些缺点，发电功率受天气环境影响特别大，当天气阴沉没有太阳光的时候，发电功率几乎为0。特别当分布式光伏发电与大电网连接后，功率波动就特别大，电网运行就会不稳定。