微电网运行与控制第三章精品PPT课件
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微电网运行与控制技术-3
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四、微电网中的继电保护
微电网接入对配电网继电保护的影响
瞬时速断、时限速断、定时限过电流保护组合构成的保护装置。
瞬时速断、时限速断作为线路的的主保护，定时过流保护作为线路的后备保护。
三段式电流保护各段保护范围及时限的配合
L1首端故障， L1的三段保护均启动，速断保护动作。 L1末端故障， L1的时限速断、定时过流保护均启动，时限速断保护动作。 L2首端故障， L1定时过流保护启动， L2的三段保护均启动， L2速断保护动作。
四、微电网中的继电保护
微电网接入对配电网继电保护的影响
孤岛和重合闸
下图为微电网重新并联到大电网的自动重合闸过程。假设微电网孤岛运行时，分布式电源提供的 功率小于负荷功率，因此微电网的频率下降。
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四、微电网中的继电保护
微电网接入对配电网继电保护的影响
其他方面的问题
微电网保护还涉及一些其它的问题。这些问题通常是常规电力系统保护的一些共性问题。主要为 铁磁谐振和接地问题。 当电力系统发生故障时，可能产生铁磁谐振，从而损坏系统中的变压器和其他电气设备。 例如当电缆发生故障时通常为永久性的，可采用快速熔断器作为过电流保护。由于三相系统中的 熔断器各相可能不能同时动作，将出现变压器短时间内处于两相工作状态。电缆的等值电容与变 压器电抗串联，可能满足谐振条件，引起瞬时过电压和过电流。 微电网中分布式电源多处接地可能使得故障发生时形成不同路径的电流通路。 如果分布式电源通过Dyn接线的变压器接地，当线路发生接地短路故障时，故障电流不仅从故障 点流向系统中的主变压器，而且将流向分布式电源所接的变压器。
DG不同接入位置的影响作用
DG在馈线中间接入，相邻线路feeder line2上k1点发生故障，故障电流可能由DG流向故障点， 造成feeder line 1上的保护1误动作；在feeder line1的k2点发生故障时，由于DG的助增作用 ，保护3的灵敏度降低，可能拒动，需要重新计算保护1的分支系数。由于DG的接入，保护2需要 最大允运行方式整定。
微电网能量管理与控制策略ppt课件
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP 管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
谢谢！
一、我国微电网的发展方向
对内：有效接纳分布式电源
包容性 对外：与大电网兼容并提高辅助增值服务
技术上：包容发配用等多方面的先进电力技术
灵活性
可控，灵活调度，可作为备用电源 运行模式切换灵活
定制性
通过对负荷分级，实现分级供电 满足不同用户的多种供电需求
经济性
有利于微网用户的利益 有利于微网建设商的利益
自治性
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP 管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
三、单个微电网控制策略
对于输出功率随机的电源，一般需要采用PQ控制，达到能 源最大利用率。
对于功率可调的电源，控制比较容易，可以实现V/f的调 整和控制，可用于保证微电网频率和电压的稳定性。
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP 管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
一、微电网的发展目的
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP 管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP 管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
三、微电网控制策略
所有的控制方法都应当满足下列要求： 1、新的微电源的接入不对大系统造成威胁; 2、能够自主的选择系统运行点; 3、平滑与大电网联网或解耦; 4、对有功、无功可以根据动态的要求进行独立的 结构控制。
智能微电网技术与实验系统完整版课件全套ppt教程最新
（2） 采用同期或准同期装置与配电网并网时，不应造成电压过大的波 动。
（3）分布式发电的接地方案及相应的保护应与配电网原有的方式相协 调。 (4)容量达到一定大小（如几百KVA至1MVA）的分布式发电，应将其连 接处的有功功率、无功功率的输出量和连接状态等方面的信息传给配电 网的控制调度中心。
(5)分布式发电应配备继电器，以使其能检测何时应与电力系统解列， 并在条件允许时以孤岛方式运行。
②内燃机：内燃机是通过在热功转换空间内部的燃烧过程将燃料中的化 学能转变为热能，并通过一定的机构使之再转化为机械功的一种热力发 动机。内燃机发电的工作原理是将燃料与压缩空气混合，点火燃烧，使 其推动活塞做功，通过气缸连杆和曲轴驱动发电机发电。由于较低的初 期投资，在容量低于5MW的发电系统，柴油发电机占据了主导地位。 然而随着对排放的要求越来越高，天然气内燃机市场占有量不断提升， 其性能也在逐步提高。在效率方面，相同跑量和转速条件下，柴油发电 机有较高的压缩比，因而具有更高的发电效率。 ③微燃机：微燃机是指发电功率在几百千瓦以内（通常为100～200kW 以下），以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的小功率燃气轮机。微燃 机由径流式叶轮机械、单筒形燃烧室和回热器构成，可分为单轴型和分 轴型两种。
安全分析（Security Analysis）
智能电表 远程抄表系统 负荷监测系统 无功补偿系统
分布式微能源 能量管理系统
输配电系统
用户负载
智能微电网
3
第一章 概述
发展微电网的意义
4
第一章 概述
市场化前景
5
第一章 概述
微电网技术已取得了一定的理论和应用成果，但在诸 如微电网的运行与控制、微电网电能质量、微电网保护以 及微电网的接入标准等方面仍存在很多问题和不足。因此， 进一步深入推进微电网技术的研究和开发应用必须发展微 电网新技术，如大容量的多级混合微电网技术、智能微电 网技术、微电网的多代理控制技术、面向整个微电网系统 的各种仿真和应用工具软件及微电网多方向潮流交换的高 智能型继电保护技术等。
（3）分布式发电的接地方案及相应的保护应与配电网原有的方式相协 调。 (4)容量达到一定大小（如几百KVA至1MVA）的分布式发电，应将其连 接处的有功功率、无功功率的输出量和连接状态等方面的信息传给配电 网的控制调度中心。
(5)分布式发电应配备继电器，以使其能检测何时应与电力系统解列， 并在条件允许时以孤岛方式运行。
②内燃机：内燃机是通过在热功转换空间内部的燃烧过程将燃料中的化 学能转变为热能，并通过一定的机构使之再转化为机械功的一种热力发 动机。内燃机发电的工作原理是将燃料与压缩空气混合，点火燃烧，使 其推动活塞做功，通过气缸连杆和曲轴驱动发电机发电。由于较低的初 期投资，在容量低于5MW的发电系统，柴油发电机占据了主导地位。 然而随着对排放的要求越来越高，天然气内燃机市场占有量不断提升， 其性能也在逐步提高。在效率方面，相同跑量和转速条件下，柴油发电 机有较高的压缩比，因而具有更高的发电效率。 ③微燃机：微燃机是指发电功率在几百千瓦以内（通常为100～200kW 以下），以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的小功率燃气轮机。微燃 机由径流式叶轮机械、单筒形燃烧室和回热器构成，可分为单轴型和分 轴型两种。
安全分析（Security Analysis）
智能电表 远程抄表系统 负荷监测系统 无功补偿系统
分布式微能源 能量管理系统
输配电系统
用户负载
智能微电网
3
第一章 概述
发展微电网的意义
4
第一章 概述
市场化前景
5
第一章 概述
微电网技术已取得了一定的理论和应用成果，但在诸 如微电网的运行与控制、微电网电能质量、微电网保护以 及微电网的接入标准等方面仍存在很多问题和不足。因此， 进一步深入推进微电网技术的研究和开发应用必须发展微 电网新技术，如大容量的多级混合微电网技术、智能微电 网技术、微电网的多代理控制技术、面向整个微电网系统 的各种仿真和应用工具软件及微电网多方向潮流交换的高 智能型继电保护技术等。
微电网PPT课件
微电网的提出
2015/9/7
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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目录
微电网概念的提出 微电网的定义 微电网的重要意义 微电网国内外的发展状况
微电网中的关键技术及相关研究
1998年1月，由于冻雨使电线冻结折断，加拿大东部 300万人在7余天中失去电力供应；
1999年12月，约360万个法国家庭由于暴风雨而遭遇停 电数日；
2003年8月14日美国东北部部分地区以及加拿大东部地 区出现大范围停电，受影响的人在加拿大有三分之一的 人口即有一千万，在美国有四千万；
我国2008年初春一场历史罕见的冰雪灾害，在全国范 围内造成36740条10kV及以上电网电力线路、2016座 35kV及以上变电站停运,导致3330多万户、约1.1亿人 口停电，给经济、社会和人民生活造成了极为严重的影 响。
9
为协调大电网与分布式电源之间的这 种矛盾，充分挖掘分布式能源的潜力， 更好地促进大规模分布式发电技术的 整合与应用，国内外众多的学者提出 了微电网的概念。
10
相比传统集中式能源系统微电网的优势
1、微电网接近负荷，不需要建设大 电网进行远距离高压或超高压输电， 可以减少线损，节省输配电建设投资 和运行费用；由于兼具发电、供热、 制冷等多种服务功能，分布式能源可 以有效地实现能源的梯级利用，达到 更高的能源综合利用效率。
5、通过微电网可以实现更佳无功功率控制，减 小谐波污染，提高电能质量，为用户提供“定 制电力技术”服务。
14
微电网与大电网结合具有明显的优势
2015/9/7
整体概述
概况一
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概况二
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概况三
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目录
微电网概念的提出 微电网的定义 微电网的重要意义 微电网国内外的发展状况
微电网中的关键技术及相关研究
1998年1月，由于冻雨使电线冻结折断，加拿大东部 300万人在7余天中失去电力供应；
1999年12月，约360万个法国家庭由于暴风雨而遭遇停 电数日；
2003年8月14日美国东北部部分地区以及加拿大东部地 区出现大范围停电，受影响的人在加拿大有三分之一的 人口即有一千万，在美国有四千万；
我国2008年初春一场历史罕见的冰雪灾害，在全国范 围内造成36740条10kV及以上电网电力线路、2016座 35kV及以上变电站停运,导致3330多万户、约1.1亿人 口停电，给经济、社会和人民生活造成了极为严重的影 响。
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为协调大电网与分布式电源之间的这 种矛盾，充分挖掘分布式能源的潜力， 更好地促进大规模分布式发电技术的 整合与应用，国内外众多的学者提出 了微电网的概念。
10
相比传统集中式能源系统微电网的优势
1、微电网接近负荷，不需要建设大 电网进行远距离高压或超高压输电， 可以减少线损，节省输配电建设投资 和运行费用；由于兼具发电、供热、 制冷等多种服务功能，分布式能源可 以有效地实现能源的梯级利用，达到 更高的能源综合利用效率。
5、通过微电网可以实现更佳无功功率控制，减 小谐波污染，提高电能质量，为用户提供“定 制电力技术”服务。
14
微电网与大电网结合具有明显的优势
微电网运行与控制3
微电网的结构和组成
电源：分布式电源，如光伏、 风电等
储能装置：电池储能、超级电 容储能等
负荷：工业、商业和居民用电 负荷
控制系统：用于监控和控制微 电网的运行
微电网的特点和优势
独立性：微电网能够独立运行，不受大电网故障的影响。 高效性：微电网能够实现能源的优化配置，提高能源利用效率。 灵活性：微电网能够根据用户需求进行灵活调整，满足多种场景的应用需求。 环保性：微电网采用可再生能源，具有环保、低碳的特性，符合可持续发展要求。
独立运行方式
定义：微电网在孤岛上运行，与外部电网断开连接 特点：独立控制、自我平衡、频率稳定 适用场景：偏远地区、海岛等 优势：提高能源利用效率、减少对外部电网的依赖
切换运行方式
并网运行：微电网与 大电网相连，利用大 电网作为备用电源， 实现电能的互补。
孤网运行：微电网断 开与大电网的连接， 独立运行，通常在紧 急情况下使用。
优化运行的目标： 降低运行成本，提 高经济效益
关键技术：需求响 应管理、储能技术、 智能调度等
优化策略：根据实 时电价、用户需求 等因素进行动态调 整
经济效益：提高能 源利用效率，减少 对传统电网的依赖 ，降低能源费用
微电网的可靠性分析
微电网的可靠性评估方法 微电网的可靠性影响因素 提高微电网可靠性的措施 微电网可靠性分析的实际应用
添加标题
添加标题
添加标题
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技术创新：微电网技术不断创新， 将进一步提高能源利用效率和系统 稳定性。
应用领域拓展：微电网不仅应用于 居民和商业领域，还将逐渐拓展到 工业和交通领域。
汇报人：
微电网在可再生能源利用方面的作用
整合可再生能源：微电网能够将多种可再生能源整合到一个系统中，实现能源的优化配置和利 用。
最新微电网运行和控制专业知识讲座
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（一） 主从控制
主从控制就是微网的控制系统中存在某一个控制器为主控制 器，其余为从控制器，主从控制器之间一般需要通信联系， 且从控制器服从主控制器。
以分布式电源作为主控制器 以中心控制器作为主控制器
1/12/2020 3
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3.1 微电网运行状态
• 并网状态 运行于联网模式时，母线电压频率和负载由大电网支撑。 微网一般被要求控制为一个“好公民”或者“模范公民”。 作为“好公民”时，微网在与配电网连接时需满足配电网 的接口要求，同时不参与主电网的操作。此时，微网应能 实现减少电能短缺、提高当地电压质量和不造成电能质量 的恶化等目标。 作为“模范公民”时，要求微网能为大电网提供一些辅助 操作，例如：参与大电网的电压和频率调节，参与维持整 个电网稳定运行，提高故障承受能力等等
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第三章 微电网基本控制方法
3.1 微电网的运行状态 3.2 微电网控制方式
1/12/2020 1
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当微网从孤岛模式重连到大电网，如何与电网同步是其 主要问题。目前，储能装置对缺少惯性的微网是维持其暂 态能量平衡的必要元件。
1/12/2020 6
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微电网运行与控制2[优质PPT]
![微电网运行与控制2[优质PPT]](https://img.taocdn.com/s3/m/7a1dff9bb0717fd5370cdc1b.png)
永磁发电机具有最高的运行效率； 永磁发电机的励磁不可调，导致其感应电动势随转速和负
载变化。采用可控PWM整流或不控整流后接DC/DC变换， 可维持直流母线电压基本恒定，同时可控制发电机电磁转 矩以调节风轮转速； 在电网侧采用PWM逆变器输出恒定频率和电压的三相交 流电，对电网波动的适应性好； 永磁发电机和全容量全控变流器成本高； 永磁发电机存在定位转矩，给机组起动造成困难
最大风能 追踪区域
转速限 制区域
功率限 制区域
风力机变浆矩运 行，控制机组转 速，同时对发电 机进行并网控制
转速控制
风力机定浆矩运行 风力机变浆矩运行
控制机组转速以追踪 ，控制机组转速为 最大风能，风能系数 最高转速，防止转
保持为最佳值, 恒定 速越限。
，
风力机变浆矩运行， 控制机组功率为最大 功率，防止功率越限 。
2.1 开关器件 2.2 分布式电源 2.3 储能单元 2.4 电力电子接口电路
6/1/2019 9
2.2 分布式电源
• 定义： 通常是指发电功率在几千瓦至数百兆瓦（也有的建议限制 在30～50兆瓦以下）的小型模块化、分散式、布置在用 户附近的高效、可靠的发电单元。
种类：光伏发电；风力发电；微型燃气轮机；燃料电池；生 物质发电；海洋能发电；地热发电；小型柴油发电机；微 型水利发电机
34
太阳电池受温度影响
6/1/2019 16
双馈异步风力发电系统
双馈异步发电机是一种绕线转子异步发电机 功率等级通常在几百千瓦至几兆瓦之间 定子只能将风力机功率传输给电网，流动是单向的 转子回路中，功率流动是双向的 转子传送的最大功率大约为定子额定功率的30%
6/1/2019 17
双馈异步风力发电系统
载变化。采用可控PWM整流或不控整流后接DC/DC变换， 可维持直流母线电压基本恒定，同时可控制发电机电磁转 矩以调节风轮转速； 在电网侧采用PWM逆变器输出恒定频率和电压的三相交 流电，对电网波动的适应性好； 永磁发电机和全容量全控变流器成本高； 永磁发电机存在定位转矩，给机组起动造成困难
最大风能 追踪区域
转速限 制区域
功率限 制区域
风力机变浆矩运 行，控制机组转 速，同时对发电 机进行并网控制
转速控制
风力机定浆矩运行 风力机变浆矩运行
控制机组转速以追踪 ，控制机组转速为 最大风能，风能系数 最高转速，防止转
保持为最佳值, 恒定 速越限。
，
风力机变浆矩运行， 控制机组功率为最大 功率，防止功率越限 。
2.1 开关器件 2.2 分布式电源 2.3 储能单元 2.4 电力电子接口电路
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2.2 分布式电源
• 定义： 通常是指发电功率在几千瓦至数百兆瓦（也有的建议限制 在30～50兆瓦以下）的小型模块化、分散式、布置在用 户附近的高效、可靠的发电单元。
种类：光伏发电；风力发电；微型燃气轮机；燃料电池；生 物质发电；海洋能发电；地热发电；小型柴油发电机；微 型水利发电机
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太阳电池受温度影响
6/1/2019 16
双馈异步风力发电系统
双馈异步发电机是一种绕线转子异步发电机 功率等级通常在几百千瓦至几兆瓦之间 定子只能将风力机功率传输给电网，流动是单向的 转子回路中，功率流动是双向的 转子传送的最大功率大约为定子额定功率的30%
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双馈异步风力发电系统
电网调控运行及安全管理PPT课件
主要业务为年度、月度、周、日检修计划的编制和 管理；负荷预测及负荷分析；发电、供电计划管理； 并网协议管理。
第5页/共43页
第一章 正文
1.4 运行方式
运行方式是为了充分发挥本网内发电、输电、变电 设备的能力，保证电能质量、电网稳定和对用户连续可 靠供电，遵循电网安全、优质、经济运行原则，根据各 自调度管辖范围编制本地区年度、季度、月度电力系统 运行方式，并根据年度、季度、月度方式编制电力系统 日方式和特殊方式（含节日方式）。
第2页/共43页
第一章 正文
1.1 调度运行
调度是为了保证电网安全稳定运行、对外可靠供电、 各类电力生产工作有序进行而采用的一种有效管理手 段。主要工作内容是合理使用发、输、变电设备能力， 保证负荷用电需求；消除运行隐患、处置异常故障； 协调电力系统各环节运行，保证电能质量；优先安排 发电机组运行，保证电网经济运行；按照有关协议， 保证发电、供电、用电等各方面的合法权益。
优化资源利用， 维护发、供、用 最大限度地使电网 电等有关各方的合 在经济方式下运行； 法利益。
第1页/共43页
第一章 正文
概述（二）
电网设置五级调控机构，实行统一调度、分级管理。 各级电力调控机构在调度业务工作中是上下级关系， 下级调控机构必须服从上级调控机构的调度。承担地 区电网调度运行、设备监控、调度计划、运行方式、 继电保护、自动化、水电及新能源等各专业管理职责。
第38页/共43页
第三章 正文
3.4 设备检修票的申请、填写、批答
危险点：受理停电检修票时，现场方式不熟悉，审核不严 格，造成工作票申请内容与批准内容不相符。
控制措施：方式专工应经常下现场熟悉现场接线及运行方 式，严格按工作内容审核批复申请的停电范围，防止停电范 围扩大或不够，批准检修票时应落实现场实时运行方式。
第5页/共43页
第一章 正文
1.4 运行方式
运行方式是为了充分发挥本网内发电、输电、变电 设备的能力，保证电能质量、电网稳定和对用户连续可 靠供电，遵循电网安全、优质、经济运行原则，根据各 自调度管辖范围编制本地区年度、季度、月度电力系统 运行方式，并根据年度、季度、月度方式编制电力系统 日方式和特殊方式（含节日方式）。
第2页/共43页
第一章 正文
1.1 调度运行
调度是为了保证电网安全稳定运行、对外可靠供电、 各类电力生产工作有序进行而采用的一种有效管理手 段。主要工作内容是合理使用发、输、变电设备能力， 保证负荷用电需求；消除运行隐患、处置异常故障； 协调电力系统各环节运行，保证电能质量；优先安排 发电机组运行，保证电网经济运行；按照有关协议， 保证发电、供电、用电等各方面的合法权益。
优化资源利用， 维护发、供、用 最大限度地使电网 电等有关各方的合 在经济方式下运行； 法利益。
第1页/共43页
第一章 正文
概述（二）
电网设置五级调控机构，实行统一调度、分级管理。 各级电力调控机构在调度业务工作中是上下级关系， 下级调控机构必须服从上级调控机构的调度。承担地 区电网调度运行、设备监控、调度计划、运行方式、 继电保护、自动化、水电及新能源等各专业管理职责。
第38页/共43页
第三章 正文
3.4 设备检修票的申请、填写、批答
危险点：受理停电检修票时，现场方式不熟悉，审核不严 格，造成工作票申请内容与批准内容不相符。
控制措施：方式专工应经常下现场熟悉现场接线及运行方 式，严格按工作内容审核批复申请的停电范围，防止停电范 围扩大或不够，批准检修票时应落实现场实时运行方式。
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第三章 微型电源工作原理和控制
§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真 §3-2 燃料电池系统的建模 §3-3 光伏(Photovoltaic，PV)发电系统 §3-4 小型风力发电系统 §3-5 微电网中能量存储设备
06.10.2020
83－1
§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
一、微型涡轮发电机组的基本工作原理 ➢ 如果不考虑微型涡轮发电机组的容量大小，则它们的基本运
➢ 在测试数据和模型中具有相同的电压和转速的超调； ➢ 直流电压和转速的峰值与测试数据也基本相同。
06.10.2020
83－13
§3-2 燃料电池系统的建模
➢ 燃料电池通过氢和氧的电化学反应将氢或含氢燃料直接转换
成电能，热能和水。 一、自主式燃料电池模型
阳极排出气体
电池 阳极
e
大多数的燃料电池系统生
06.1ห้องสมุดไป่ตู้.2020
83－3
§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
二、微型涡轮发电机系统的结构 回流换热器
热气
➢ 微型涡轮发电机系统的基本功
能方框图 ✓ 回流换热器利用燃烧过程产 涡轮
发电机
生的排出废气，增加了系统
的效率。
压缩机
电力电子 接口装置
✓ 系统中的发电机为永磁发电
机。 ➢ 发电机和电力电子接口电路的 燃料 380V，3相交流
83－10
§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
➢ 微型涡轮发电机组的输入转矩模型
06.10.2020
83－11
§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
06.10.2020
83－12
§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
➢ 电流的上升时间与转速模型相同；
➢ 输出转矩、转速和直流侧电压的仿真结果与测试数据很接近， 与实际系统具有相同的特性；
方框图
整流器
✓
逆变器采用电压源逆变 器，可采用PWM控制、
微型涡轮 发电机组
矢量控制或其它类型的 ～
控制方式。
空气 三相380V
06.10.2020
逆变器
83－4
§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
三、微型涡轮发电机组的数学模型
ullKvesi net e m
udc32ull3eLs Idc
✓ 在负荷的暂态响应期间，负荷所需能量首先来自于大型涡 轮发动机和发电机转子的转速变化。涡轮发动机的转速控 制系统将检测出转速的变化，并调节蒸汽流量，使得其转 速达到设定的数值。
06.10.2020
83－2
§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
➢ 微型涡轮发电机组的基本工作原理 ✓ 稳态工作时，进入涡轮的天然气和空气的燃烧所获得的能 量与发电机输出电能相等，微型涡轮发电机组的转速不是 关键的因素，因为发电机输出的正弦交流信号首先经过整 流然后再通过逆变器输出。直流侧电压必须保证能够提供 逆变器输出的功率的要求，该运行模式需要对微型涡轮发 动机的转速进行良好的控制。 ✓ 在负荷暂态响应期间，所需的功率也可首先从微型涡轮发 动机转子的转速变化获得，但是由于系统的转动惯量比较 小，所存储的动能也小，因此转子的转速将变化迅速。微 型涡轮发动机的转速控制系统将检测出转速的变化，并调 节输入到微型涡轮发动机的燃料流量，使发动机的转速达 到设定数值。微型涡轮发动机的转速需要迅速调节，保证 发电机能够正常运行。在这种运行模式下，涡轮发电机组 也能跟随负荷的变化。
➢ 输出功率仿真结果
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§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
➢ 输出转速仿真结果
由于采用了曲线拟合，仿真结果与实际测试数据非常接近。 ➢ 曲线拟合转速模型的直流侧电压仿真结果 ➢ 当负荷阶跃变化时，转速和直流侧电压的调整具有一定的超
调量，这样的响应是由该模型的特性所决定的，若采用理想 模型，可控制超调量的大小。
行原理相同，即将某种形式的机械能转换为电能。 ➢ 随着涡轮发电机组的类型、容量的不同，这一能量转换的过
程将有很大的差异。 ➢ 大容量的蒸汽涡轮发动机和大型的同步发动机基本的运行和
控制原理可总结如下： ✓ 系统稳定运行时，进入涡轮发动机的蒸汽流量所对应的功
率等于发电机所输出的电功率，发电机和涡轮发动机的转 速同步，发电机所输出的正弦电信号与电网信号相位相同。
p 2
udc K e mK x m Idc
Ls Ls Ls
+ Cdc udc
Ke
3Kv
Kx
3pLs
2
-
用Honeywell微型涡轮发电机参数计算Kv、Ke和Kx。
Idc=0K ，e设u直dmc流2母55线02电000压0为0.059002V，转子Kv转K 速3e为502.000906rpm
60
当输出功率60kW时，转速为60000rpm ，直流侧电压为515V
➢ 模型的主要缺点是没有考虑微型涡轮发动机的动态特性，涡 轮和发电机将影响转速设定值变化时的转子响应，这些影响 没有考虑在模型中，但是模型参数可进行正确的调整。
四、微型涡轮发电机组的输入转矩模型
➢ 为考虑涡轮发动机的动态特性，采用转矩作为输入的模型。
J
dm
dt
Tm
J 1 Mr2 2
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Kx2566100500K0e/65010500 8.459105
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§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
输出功率和转矩：
P dc K e m Idc K x m Id 2c
TmKeIdcKxId2c
微型涡轮发电机的转速模型：
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§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
➢ 为验证转速模型，在转速的输入端加入了一个二阶的控制器， 模拟燃料控制和调节器的动态特性。
➢ 为了使得模拟结果与Honeywell 75kW的发电机的实际响应接 近，采用曲线拟合建立转速和功率给定值之间的关系。
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§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
➢ 功率给定值如图所示，时间序列与Honeywell涡轮发电机测试 数据有稍许差别，但阶跃变化和幅度与实际测试数据相同。
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§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
➢ 根据上述分析，可对建模所需要的条件总结如下： ✓ 转速为测试数据的曲线拟合；
✓ 暂态脉冲被不实际地放大了，对于不同的运行条件，引入 的参数需进行调整；
✓ 当逆变器的输出电流随着负荷变化时，应限制其输出电流 的响应，因此负荷电流必须采用同样的方式进行限制。
§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真 §3-2 燃料电池系统的建模 §3-3 光伏(Photovoltaic，PV)发电系统 §3-4 小型风力发电系统 §3-5 微电网中能量存储设备
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§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
一、微型涡轮发电机组的基本工作原理 ➢ 如果不考虑微型涡轮发电机组的容量大小，则它们的基本运
➢ 在测试数据和模型中具有相同的电压和转速的超调； ➢ 直流电压和转速的峰值与测试数据也基本相同。
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§3-2 燃料电池系统的建模
➢ 燃料电池通过氢和氧的电化学反应将氢或含氢燃料直接转换
成电能，热能和水。 一、自主式燃料电池模型
阳极排出气体
电池 阳极
e
大多数的燃料电池系统生
06.1ห้องสมุดไป่ตู้.2020
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§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
二、微型涡轮发电机系统的结构 回流换热器
热气
➢ 微型涡轮发电机系统的基本功
能方框图 ✓ 回流换热器利用燃烧过程产 涡轮
发电机
生的排出废气，增加了系统
的效率。
压缩机
电力电子 接口装置
✓ 系统中的发电机为永磁发电
机。 ➢ 发电机和电力电子接口电路的 燃料 380V，3相交流
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§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
➢ 微型涡轮发电机组的输入转矩模型
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§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
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§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
➢ 电流的上升时间与转速模型相同；
➢ 输出转矩、转速和直流侧电压的仿真结果与测试数据很接近， 与实际系统具有相同的特性；
方框图
整流器
✓
逆变器采用电压源逆变 器，可采用PWM控制、
微型涡轮 发电机组
矢量控制或其它类型的 ～
控制方式。
空气 三相380V
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逆变器
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§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
三、微型涡轮发电机组的数学模型
ullKvesi net e m
udc32ull3eLs Idc
✓ 在负荷的暂态响应期间，负荷所需能量首先来自于大型涡 轮发动机和发电机转子的转速变化。涡轮发动机的转速控 制系统将检测出转速的变化，并调节蒸汽流量，使得其转 速达到设定的数值。
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§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
➢ 微型涡轮发电机组的基本工作原理 ✓ 稳态工作时，进入涡轮的天然气和空气的燃烧所获得的能 量与发电机输出电能相等，微型涡轮发电机组的转速不是 关键的因素，因为发电机输出的正弦交流信号首先经过整 流然后再通过逆变器输出。直流侧电压必须保证能够提供 逆变器输出的功率的要求，该运行模式需要对微型涡轮发 动机的转速进行良好的控制。 ✓ 在负荷暂态响应期间，所需的功率也可首先从微型涡轮发 动机转子的转速变化获得，但是由于系统的转动惯量比较 小，所存储的动能也小，因此转子的转速将变化迅速。微 型涡轮发动机的转速控制系统将检测出转速的变化，并调 节输入到微型涡轮发动机的燃料流量，使发动机的转速达 到设定数值。微型涡轮发动机的转速需要迅速调节，保证 发电机能够正常运行。在这种运行模式下，涡轮发电机组 也能跟随负荷的变化。
➢ 输出功率仿真结果
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§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
➢ 输出转速仿真结果
由于采用了曲线拟合，仿真结果与实际测试数据非常接近。 ➢ 曲线拟合转速模型的直流侧电压仿真结果 ➢ 当负荷阶跃变化时，转速和直流侧电压的调整具有一定的超
调量，这样的响应是由该模型的特性所决定的，若采用理想 模型，可控制超调量的大小。
行原理相同，即将某种形式的机械能转换为电能。 ➢ 随着涡轮发电机组的类型、容量的不同，这一能量转换的过
程将有很大的差异。 ➢ 大容量的蒸汽涡轮发动机和大型的同步发动机基本的运行和
控制原理可总结如下： ✓ 系统稳定运行时，进入涡轮发动机的蒸汽流量所对应的功
率等于发电机所输出的电功率，发电机和涡轮发动机的转 速同步，发电机所输出的正弦电信号与电网信号相位相同。
p 2
udc K e mK x m Idc
Ls Ls Ls
+ Cdc udc
Ke
3Kv
Kx
3pLs
2
-
用Honeywell微型涡轮发电机参数计算Kv、Ke和Kx。
Idc=0K ，e设u直dmc流2母55线02电000压0为0.059002V，转子Kv转K 速3e为502.000906rpm
60
当输出功率60kW时，转速为60000rpm ，直流侧电压为515V
➢ 模型的主要缺点是没有考虑微型涡轮发动机的动态特性，涡 轮和发电机将影响转速设定值变化时的转子响应，这些影响 没有考虑在模型中，但是模型参数可进行正确的调整。
四、微型涡轮发电机组的输入转矩模型
➢ 为考虑涡轮发动机的动态特性，采用转矩作为输入的模型。
J
dm
dt
Tm
J 1 Mr2 2
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§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
输出功率和转矩：
P dc K e m Idc K x m Id 2c
TmKeIdcKxId2c
微型涡轮发电机的转速模型：
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§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
➢ 为验证转速模型，在转速的输入端加入了一个二阶的控制器， 模拟燃料控制和调节器的动态特性。
➢ 为了使得模拟结果与Honeywell 75kW的发电机的实际响应接 近，采用曲线拟合建立转速和功率给定值之间的关系。
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§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
➢ 功率给定值如图所示，时间序列与Honeywell涡轮发电机测试 数据有稍许差别，但阶跃变化和幅度与实际测试数据相同。
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§3-1 微型涡轮发电机的建模和仿真
➢ 根据上述分析，可对建模所需要的条件总结如下： ✓ 转速为测试数据的曲线拟合；
✓ 暂态脉冲被不实际地放大了，对于不同的运行条件，引入 的参数需进行调整；
✓ 当逆变器的输出电流随着负荷变化时，应限制其输出电流 的响应，因此负荷电流必须采用同样的方式进行限制。