含波浪能发电系统及电池储能的孤岛微电网频率控制(附件)【字数：11179】
摘 要随着社会发展越来越快，海洋科技和技术的逐渐成熟，海洋资源的探索和如何利用成为了炙手可热的研究方向。我国海岸线很长，岛屿众多，如果能够高效率的利用这丰富的海洋资源，那么对于未来探索远洋以及我国海洋能的开发都是极其有价值的。构建一个高利用率的孤岛可再生能源系统，尤其是开发可再生的能源发电系统，搭建一个海岛微电网系统。对解决海岛能源短缺问题和对我国开发可再生能源发电系统的发展具有实际意义。本文搭建了含海洋能发电系统及电池储能的海岛微电网仿真模型，并对其进行了特性分析。论文的主要内容如下(1)搭建孤岛型海岛微电网的模型，包括波浪能发电、电池储能两个电源，并通过对电池系统的V/f控制和P/Q控制来维持微电网电压和频率稳定。(2)主要分析下垂控制对孤岛微电网的频率的控制过程及方法。(3)分析了波浪发电系统存在的随机波动性对海岛微电网频率和电压影响，并验证下垂控制是否可以实现。
Key words: Wave power system；Island micro grid；Modeling simulation；Frequency control0；Droop control 目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1国外发展现状 2
1.2.2国内发展现状 2
1.3本文的主要任务 3
第二章 孤岛型海岛微电网系统模型 4
2.1基于阿基米德浮子(AWS)的波浪发电系统 5
2.2.2LPMG模型 7
2.2.3变流器模型 7
2.2.4控制器模型 7
2.2蓄电池储能系统 8
2.2.1蓄电池基本概念和参数 8
2.2.2 蓄电池等效电路模型 9
2.3蓄电池的下垂控制模型 11
2.3.1 下垂控制的基本原理 11
2.3.2下垂控制在本文中的实现 13
第三章 海岛微电网的频率调节 19
3.1 蓄电池的下垂控制仿真验证 19
3.2波浪能发电系统的频率调节的仿真验证 22
第四章 总结与展望 32
4.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
研究总结 32
4.1.1本文的研究内容 32
4.2.1后续工作和展望 32
结束语 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1研究背景
随着社会的发展，能源变得短缺，波浪能发电是研究绿色再生能源的最具有发展空间领域之一，不仅得到越来越多的专业人士的重视，也吸引了一大批绿色能源研究爱好者。如今这个研究对象已经成为政府支持的科研项目，人们渐渐明白，开发可再生能源对于缓解地球的非可再生资源匮乏有着极大的帮助，也可以较大程度上的缓解环境保护和经济发展之间的矛盾，实现人类的可持续发展。因此，特别制定了《全国科技兴海规划纲要(20082011年)》，该纲要提出加速推进海洋资源的研究和产业化，大力发展海洋资源的开发，实现海洋产业带动沿海产业的发展。
我国南海地域辽阔，岛屿众多，如果要完全的开发海洋，那么必然需要先开发岛屿，这样才能在茫茫的海洋中建立开发基地，实现对海洋的进一步的开发。我国一直对海洋资源的开发持支持态度。在2010年3月1日就已施行《中华人民共和国海岛保护法》，说明我国对于海洋资源的开发着保持着高度的重视。由于很多的海岛的上资源短缺，且大部分海岛都不适合人居住，缺少能源和基本的生活资源。所以如果需要开发海岛首先需要解决的就是能源问题，但是如果远距离的输送能源开发海岛，成本太高，且耗时耗力。故不予考虑。但是其实在很多的海岛的周围拥有极其丰富的海洋可再生的能源，如波浪能，潮汐能，风能等等，所以，开发构建高效的海岛能源系统，尤其是可再生的与此同时，值得注意的是，多数海岛及其周围拥有丰富的近海的可再生能源，如风能、波浪能、潮流能等。因此，构建一个高利用率的孤岛可再生能源系统，尤其是开发可再生的能源发电系统，搭建一个海岛微电网系统。对解决海岛能源短缺问题和对我国开发可再生能源发电系统的发展具有重大的实际意义。
1.2国内外研究现状
海岛微电网类似于一个小型的中低压电力网络，主要组成为：分布式发电单元、储能设备和负荷(居民用电)。为了维持海岛微电网的运行稳定，一般会通过电缆或者输电线路将微电网和大型电网连接，同时也可以满足其输电量的要求，一般来说，和电网并联有离网、并网两种方式。由于海岛微电网系统，大部分位置比较偏远，且如果通过海底电缆或者架空输电线路与大电网相连，成本太高，安装和检修等都十分困难。所以通常采用离网形式供电，也就是建立孤岛型海岛微电网。
在中小型海岛建立传统孤岛型海岛微电网时，一般都采用柴油发电机作为主电源为海岛进行供电，但柴油发电机对环境污染大，且海岛相对独立，处理污染费时费力，且使用柴油机发电对柴油的需求量很大，成本特别高。所以，随着社会越来越发达，居民的负荷也会慢慢增加，传统的孤岛型海岛微电网慢慢的不能满足人们的需要了。在如今社会，海洋能的开发慢慢的走进了人们的视线，很多的国家的研究人员提出，将海洋可再生能源作为孤岛型海岛微电网的主电源，由于海岛周围的海洋能特别丰富，完全可以满足海岛的需求，下面就介绍下国内外的孤岛型海岛微电网的发展现状。
1.2.1国外发展现状
在1999年时，美国电能可靠性解决方案协会(Consortium for Electric Reliability Technology Solutions，CERTS)提出了对微电网的定义，欧盟、日本新能源与产业技术综合开发机构(The New Energy and Industrial Technology Development Organization，NEDO)以及加拿大也相继提出了其对微电网的定义，海岛微电网的发展由此开始蓬勃发展，世界范围内很多国家迅速的建立海岛微电网的示范工程。希腊的基斯诺斯岛(Kythnos)建立的海岛微电网工程，是一个典型的早期孤岛型海岛微电网。该项目规模较小，但是确实一个完整的孤岛型海岛微电网系统。该发电系统主要包括光伏发电系统(10kw)、蓄电池储能系统(53kWh)和柴油发电机组(5kW)，光伏阵列(2kw)。该系统通过光伏阵列和储能系统逆变器进行组网，储能系统的逆变器配备下垂控制器。该系统通过控制居民家中的家用可控电器(如水泵、空调等)，调节微电网的输出电压和频率，由此保持微电网系统频率稳定性和可靠性。
在2014年，ABB公司在西班牙El Hierro岛，建成了全球首个由可再生能源构成的海岛微电网，该微电网的组成：风力发电站(11.5MW)、抽水蓄能电(11.3MW)、光伏发电系统。整个系统的发电量可以提供岛上居民生活所用，即保证了岛上居民的生活用电可以依靠此系统自给自足，节约了海上输电的成本。该项目的提出到建成，一直受到社会各界的高度关注，从此让孤岛微电网的建设逐渐走入人们的视野。
Key words: Wave power system；Island micro grid；Modeling simulation；Frequency control0；Droop control 目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1国外发展现状 2
1.2.2国内发展现状 2
1.3本文的主要任务 3
第二章 孤岛型海岛微电网系统模型 4
2.1基于阿基米德浮子(AWS)的波浪发电系统 5
2.2.2LPMG模型 7
2.2.3变流器模型 7
2.2.4控制器模型 7
2.2蓄电池储能系统 8
2.2.1蓄电池基本概念和参数 8
2.2.2 蓄电池等效电路模型 9
2.3蓄电池的下垂控制模型 11
2.3.1 下垂控制的基本原理 11
2.3.2下垂控制在本文中的实现 13
第三章 海岛微电网的频率调节 19
3.1 蓄电池的下垂控制仿真验证 19
3.2波浪能发电系统的频率调节的仿真验证 22
第四章 总结与展望 32
4.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
研究总结 32
4.1.1本文的研究内容 32
4.2.1后续工作和展望 32
结束语 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1研究背景
随着社会的发展，能源变得短缺，波浪能发电是研究绿色再生能源的最具有发展空间领域之一，不仅得到越来越多的专业人士的重视，也吸引了一大批绿色能源研究爱好者。如今这个研究对象已经成为政府支持的科研项目，人们渐渐明白，开发可再生能源对于缓解地球的非可再生资源匮乏有着极大的帮助，也可以较大程度上的缓解环境保护和经济发展之间的矛盾，实现人类的可持续发展。因此，特别制定了《全国科技兴海规划纲要(20082011年)》，该纲要提出加速推进海洋资源的研究和产业化，大力发展海洋资源的开发，实现海洋产业带动沿海产业的发展。
我国南海地域辽阔，岛屿众多，如果要完全的开发海洋，那么必然需要先开发岛屿，这样才能在茫茫的海洋中建立开发基地，实现对海洋的进一步的开发。我国一直对海洋资源的开发持支持态度。在2010年3月1日就已施行《中华人民共和国海岛保护法》，说明我国对于海洋资源的开发着保持着高度的重视。由于很多的海岛的上资源短缺，且大部分海岛都不适合人居住，缺少能源和基本的生活资源。所以如果需要开发海岛首先需要解决的就是能源问题，但是如果远距离的输送能源开发海岛，成本太高，且耗时耗力。故不予考虑。但是其实在很多的海岛的周围拥有极其丰富的海洋可再生的能源，如波浪能，潮汐能，风能等等，所以，开发构建高效的海岛能源系统，尤其是可再生的与此同时，值得注意的是，多数海岛及其周围拥有丰富的近海的可再生能源，如风能、波浪能、潮流能等。因此，构建一个高利用率的孤岛可再生能源系统，尤其是开发可再生的能源发电系统，搭建一个海岛微电网系统。对解决海岛能源短缺问题和对我国开发可再生能源发电系统的发展具有重大的实际意义。
1.2国内外研究现状
海岛微电网类似于一个小型的中低压电力网络，主要组成为：分布式发电单元、储能设备和负荷(居民用电)。为了维持海岛微电网的运行稳定，一般会通过电缆或者输电线路将微电网和大型电网连接，同时也可以满足其输电量的要求，一般来说，和电网并联有离网、并网两种方式。由于海岛微电网系统，大部分位置比较偏远，且如果通过海底电缆或者架空输电线路与大电网相连，成本太高，安装和检修等都十分困难。所以通常采用离网形式供电，也就是建立孤岛型海岛微电网。
在中小型海岛建立传统孤岛型海岛微电网时，一般都采用柴油发电机作为主电源为海岛进行供电，但柴油发电机对环境污染大，且海岛相对独立，处理污染费时费力，且使用柴油机发电对柴油的需求量很大，成本特别高。所以，随着社会越来越发达，居民的负荷也会慢慢增加，传统的孤岛型海岛微电网慢慢的不能满足人们的需要了。在如今社会，海洋能的开发慢慢的走进了人们的视线，很多的国家的研究人员提出，将海洋可再生能源作为孤岛型海岛微电网的主电源，由于海岛周围的海洋能特别丰富，完全可以满足海岛的需求，下面就介绍下国内外的孤岛型海岛微电网的发展现状。
1.2.1国外发展现状
在1999年时，美国电能可靠性解决方案协会(Consortium for Electric Reliability Technology Solutions，CERTS)提出了对微电网的定义，欧盟、日本新能源与产业技术综合开发机构(The New Energy and Industrial Technology Development Organization，NEDO)以及加拿大也相继提出了其对微电网的定义，海岛微电网的发展由此开始蓬勃发展，世界范围内很多国家迅速的建立海岛微电网的示范工程。希腊的基斯诺斯岛(Kythnos)建立的海岛微电网工程，是一个典型的早期孤岛型海岛微电网。该项目规模较小，但是确实一个完整的孤岛型海岛微电网系统。该发电系统主要包括光伏发电系统(10kw)、蓄电池储能系统(53kWh)和柴油发电机组(5kW)，光伏阵列(2kw)。该系统通过光伏阵列和储能系统逆变器进行组网，储能系统的逆变器配备下垂控制器。该系统通过控制居民家中的家用可控电器(如水泵、空调等)，调节微电网的输出电压和频率，由此保持微电网系统频率稳定性和可靠性。
在2014年，ABB公司在西班牙El Hierro岛，建成了全球首个由可再生能源构成的海岛微电网，该微电网的组成：风力发电站(11.5MW)、抽水蓄能电(11.3MW)、光伏发电系统。整个系统的发电量可以提供岛上居民生活所用，即保证了岛上居民的生活用电可以依靠此系统自给自足，节约了海上输电的成本。该项目的提出到建成，一直受到社会各界的高度关注，从此让孤岛微电网的建设逐渐走入人们的视野。
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