分布式電源的建模研究

劉子悅　鄒婷　李奇峰　王宇威　苑智博　李芊芊

摘要：目前環境污染和能源短缺的問題越來越嚴重，在我國智能電網和電力市場正在逐步推行，傳統的大電網集中供電模式已經無法滿足現今社會對電力供應的需求。分布式發電因其獨特的優勢成為了未來發電網發展一種極其具有潛力的發電方式。合理的利用和開發分布式電源已經成為改善供電可靠性和經濟性的重要措施和趨勢。分布式電源的大量引入，給電網的安全和穩定帶來了新的挑戰。因此，準確地掌握分布式電源的輸出特性對電網的安全穩定運行至關重要。本文首先對風力發電和光伏發電的國內外發展進行了介紹，并根據其工作原理進行了建模。

關鍵詞：分布式電源；風力發電；光伏發電

中圖分類號：TM732 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2017）003-0-01

一、風力發電

1.風力發電發展概況

風能資源非常豐富，可利用風能的總量比全球可開發的水資源的總量要大十倍甚至更多。由于石油、煤炭和天然氣等化石燃料資源越來越少，水資源枯竭、空氣污染、全球變暖等其他環境問題日益嚴重，人們越來越多的關注風電這樣一種無污染、可再生的清潔能源。目前五十多個國家都在積極推動風力發電的發展，隨著技術不斷成熟，越來越多的國家將加大對風電的投入以此來促進風電電價的降低。考慮地理因素和環境因素的影響以及政府稅收優惠政策的支持，某些地區的風電價格已經能夠同火電和其他能源形式的發電價格展開競爭。我國的風力資源儲量世界排名第一，可開發利用的風電能源總量為 2.5億千瓦，僅次于美國和俄羅斯，位居世界第三。自從1986年在山東第一個風電場并網以來，我國政府一直在大力支持風電發電，先后出臺了一系列的支持政策，有力地推動了風力發電的發展。

2.風力發電機的類型

風力發電機依據轉子旋轉的速度是不是發生改變，有運行時轉子速度變化的和轉子速度不變的兩大類。我國風電場普遍使用的是異步發電機。風力發電機發出的電能可以直接提供給負荷，也可以經過變換后并入網絡。由于風力發電機在發電時需要在電網中獲取一定量的無功功率，因此一般的情況下風力發電機組不可能脫離網絡，除非投入其他電力裝置，比如加裝無功補償裝置等方法。與其他發電方式相比該方法的劣勢是花費相對較多。因此，雙饋式風力發電機可實現變速恒頻發電。

3.風速模型

風能為風電機提供動力，風電機輸出的電能是隨著風的速度的變化而發生改變。因此，如果要準確描述輸出電能的變化規律，就使用一段時間內風的速度的大小隨時間而發生改變的規律作為原始參數。在初期描述風速隨時間的變化規律是用來提高含有風電力網絡的可靠性和經濟性。但是最開始的描述風速的方法均采用平均風速作為最基本的參數，這種方法雖然不復雜但是精確度較差。為了提高上述方法的精確度，把用平均風速作為基本數據，改進為與風速相關的四個參數作為數據。

二、光伏發電

1.光伏發電發展概況

太陽能是地球上能源的重要組成部分，它沒有地域的限制，處處皆有且可以直接利用，此外它更是一種無污染的可再生能源。發展光伏發電已經成為全球各國解決節約能源保證經濟持續發展，保護環境的最佳方法之一。除此之外，光伏發電在我們生活中應用非常廣泛，許多智能電器都是利用光伏系統提供動力。

2.光伏系統的模型

在光伏系統的應用中，小型可以帶負荷形成一個獨立的網絡，獨立運行，也可以接入到電網實現并網運行。大型的光伏系統的運行方式一般都是并入到電網，輸出的電能再由電網進行統一的調劑和分配，再到用戶。大型的光伏系統花費比較多，修建這種系統的時間也比較長。因此，興建小型的光伏系統是發展的趨勢。如何為在這種小型的光伏系統建立模型，準確的描述它的發電量非常重要。這種小型的光伏系統所包含的基本的元件如圖所示：

成組光伏電池的連接方式為并聯或者是串聯。不同的連接方式的輸出的電壓和電流的特性各有不同。采用串聯的連接方式對輸出直流電壓的輸出值有一定的影響，與之相對應的，采用并聯的連接方式對直流電流的輸出值有一定的影響。通過上面的分析，采用不同連接方式的組合可以得到我們所需要的輸出特性。

三、結語

本文首先對兩種最常見的分布式電源即風力發電和光伏發電的發展進行了概述，分析了這兩種分布式電源的工作原理，最后根據實際情況提出了一種風力發電和光伏發電的建模方法。

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