微电网运行与控制第三章精品PPT课件

➢ 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。
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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；
✓ 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。
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
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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
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
p 2
udc K e mK x m Idc
Ls Ls Ls
+ Cdc udc
Ke
Hale Waihona Puke Baidu
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
➢ 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。
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
➢ 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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