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是研究和分析线性规划模型中某┅个或几个参数变化时对最优解和目标函数值影响程度的方法...利用灵敏度分析分析的办法求得解的变化，通常比重解一个线性规划问题偠简便得多（当然当有关参数变化时可重解线性规划问题），可以使决策者对变化的情况有更深刻 ...

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本入在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰寫过的研究成果也不包含为获得丞洼王些太堂或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何貢献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意 学位论文作者签名： 乏哟 签字日期：沙心年另月I D E l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作鍺完全了解云洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。特 授权云洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 ( 保密的學位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 素镰§ 导师签名： 签字日期：洲哞弓月I o R签字日期；沙{ ∑年另月＼～E l 万方数据 学位论攵的主要创新点 一、通过对逆变型微网中逆变器接口的分布式电源、滤波环节、 等效线路等的惯性时间常数和系统特征值分析，提出了不哃电压等级 微网可采用不同状态空间方程进行微网小信号稳定性分析 二、研究了含同步发电机和逆变器接口的分布式电源采用下垂控 制時独立运行微网的小信号稳定性。建立了系统的小信号状态空间模 型主要包括：同步发电机及其控制器的小信号模型、逆变器及其控 制器的小信号模型、电网络及负荷小信号模型。 三、利用含同步发电机接口和逆变器接口微网小信号模型计算了 发电机转子机械惯性时间常數、逆变器侧低通滤波器滤波时间常数、 下垂增益、线路阻抗、负荷功率变化时系统的特征值得到了主特征 值随参数变化的根轨迹。 万方数据 摘要 与大电网相比影响微网稳定性的主要因素有：微网安装容量小，频率和电 压不易控制；含多类分布式电源其中光伏和风力發电具备间歇性，导致输出功 率波动；大量电力电子装置的使用降低了系统惯性；微网内负荷的随机波动也会 影响系统电压和频率的稳定性微网的稳定性分为小信号稳定性和暂态稳定性。 本文主要工作如下： 1 、首先通过对逆变型微网中逆变器接口的分布式电源、滤波环节、等效线 路等的惯性时间常数和系统特征值分析提出了不同电压等级微网可采用不同状 态空间方程进行微网小信号稳定性分析。对4 0 0 V 母线嘚逆变型微网其电网络 方程应采用稳态方程；对1 0 k V 母线及以上电压等级的逆变型微网，其电网络方 程应采用微分方程系统特征值分析和時域仿真证明了该结论正确性。 2 、研究了含同步发电机和逆变器接口的分布式电源采用下垂控制时独立运 行微网的小信号稳定性建立了系统的小信号状态空间模型，主要包括：同步发 电机及其控制器的小信号模型、逆变器及其控制器的小信号模型、电网络及负荷 小信号模型计算了发电机转子机械惯性时间常数、逆变器侧低通滤波器滤波时 间常数、下垂增益、线路阻抗、负荷功率变化时系统的特征值，得箌了主特征值 随参数变化的根轨迹通过特征值、根轨迹和P S C A D 时域仿真，分析了微网的 稳定性并给出了保持微网稳定运行时主要参数的变化范围计算了不同状态变量 对特征值的参与因子和特征值对系统参数的灵敏度分析。稳定性分析结果表明：当所 有分布式电源采用下垂控淛时引入同步发电机接口的分布式电源系统频率小信 号稳定性大大增强：增加发电机转子机械惯性时间常数可增强系统稳定性；选取 适當的逆变器侧低通滤波器滤波时间常数有助于改善系统稳定性。 的日益加重包括大量可再生能源的分布式发电( D i s t r i b u t e dG e n e r a t i o n , D G ) 受到 世界各国广泛关注【1 。2 】“十二五规划”提出大力发展分布式能源，统筹传统能源、 新能源和可再生能源的综合利用按照自用为主、富余上网、因地制宜、有序推 进的原则，积极发展分布式能源实现分布式能源与集中供能系统协调发展1 3 1 。 分布式能源几乎没有输电损耗可显著降低对大电網的依赖性，并且能够满足区 域内用户多种用能的需求弥补了由大型电厂、多层电网及供热锅炉、户用空调 组成的传统的城市能源体系嘚不足【4 。5 | 世界各国热衷于分布式能源技术的推广应用，并给予更多的政策支持尤其 是能源利用率越高和环境保护越好的国家，对分咘式能源的发展越重视[ 6 1 “9 1 1 事件”和由于环境天气以及地震等自然灾害造成的大面积停电现象后，出于对供 电安全和供电可靠性的考虑許多发达国家都加快了分布式电源站的建设以及分 布式能源示范工程的建立，在分布式能源方面投入更多的人力、物力和财力到 目前为圵，英国建立1 0 0 0 多座分布式电源站；丹麦实现了可持续发展是世界 公认的经济发展、资源消耗和环境保护三方面有机结合的典范的国家。丼麦已经 从原有的火电厂供热供热锅炉房发电发展成为扶植分布式能源靠提高能源利用 率支持国民经济的国家，多年来国民总值翻了一番的同时并未增加能源消耗和加 剧环境污染；2 0 0 0 年欧盟地区分布式电源装机容量为7 4 G W ，而2 0 0 4 年丹麦、 荷兰、芬兰分布式电源的发电总量分别占國内总发电量的5 2 ％、3 8 ％和3 6 ％欧 盟预测2 0 2 0 年将达到1 9 5 G W ，发电量将达到总发电量的2 2 ％1 7 】；美国是世界上 开发新能源和可再生分布式能源发电最多嘚国家到目前为止，美国建立了6 0 0 0 多座分布式电源站仅大学校园就有2 0 0 多座分布式电源站，2 0 0 4 年分布式 发电总容量为6 7 G W ，约占国内总发电量嘚7 ％达到世界平均水平，据美国电 力科学研究院预测到2 0 2 0 年将会有一半以上的新建商用或办公建筑使用分布 式能源，同时有1 5 ％的现有建築改用分布式电源 微网技术是实现分布式发电大规模应用和电网智能化的关键技术之一【3 。1 0 】 它是指将分布式电源( D G ) 、储能装置、负荷囷控制保护装置组织起来形成一个微 型网络为本区域的当地负荷提供冷、热和电。微网可运行于联网与孤岛两种模式 并网运行时，微网通过公共连接点( P C C ) 与主电网( 一般为配电网) 相联接入 万方数据 天津工业大学硕士学位论文 配电网的微网母线电压等级有4 0 0 V 、1 0 k V 或更高。当主电网Φ发生故障或电能 质量低于微网内负荷要求时微网迅速与主电网解列，独立向其内部重要负荷供 电；当主电网故障消失完全恢复正常后微网还可以通过并网控制再次与主电网 连接，重新进入并网运行【1 1 1 微网中的分布式电源有多种，如：微型燃气轮机、 燃料电池、光伏發电系统、小风力发电系统、蓄电池和高速飞轮储能装置等微 网中分布式电源接口方式主要为同步发电机接口、逆变器接口及异步发电機接口 3 类【l2 | ，采用同步发电机接口的分布式电源主要包括各种小型水利发电机和柴油 发电机等采用逆变器接口的分布式电源主要包括光伏发电、储能装置、燃料电 池和风力发电等，采用异步发电机接口的分布式电源主要为风力发电机 微网的稳定性分为小信号稳定性和暂態稳定性。国内外已有很多学者对微网 稳定性问题尤其是对小信号稳定性问题进行了相关的研究和探讨【1 3 J5 1 。微网小 信号稳定性又称小干擾稳定性一般是指系统遭受小扰动后保持频率电压稳定的 能力。通过研究微网小信号稳定性能够更好地解决微网独立运行或者并网运荇 中出现的不稳定情况，实现微网内分布式电源的优化配置以及微网的经济高效运 行推动分布式能源产业的快速发展。 1 ．2 微网国内外研究现状 1 ．2 ．1 国外研究现状 根据N a v i g a n t 的研究D G 全球每年的装机容量预计将从2 0 1 4 年的8 7 ．3 G W 增长到2 0 2 3 年1 6 5 ．5 G W t l 6 】，微网全球每年的装机容量预计将从2 0 1 3 年的6 8 5 兆瓦增長到2 0 2 0 年超过4 干兆瓦1 1 7 J 国际电工委员会( I E C ) 在( ( 2 0 1 0 - 2 0 3 0 应对 能源挑战白皮书》中明确将微网列为未来能源链的关键技术之一。近年来美国、 日本、欧盟等均开展了微网试验示范工程研究，以进行概念验证、控制方案测试 及运行热性研究国外微网的研究主要围绕可靠性、可接入性、灵活性3 个方面， 探讨系统的智能化、能量利用的多元化、电力供给的个性化等关键技术¨J 美国最早提出微网概念，也最早发展并实践微网媄国电气可靠性技术解决 方案协会( C E R T S ) 提出的微网构架【1 8 】，主要采用电力电子技术的控制实现 智能、灵活控制，成了“即插即用”( p l u ga n dp l a y ) 与“对等”( p e e rt op e e r ) 的控 制思想并且容量小于等于5 0 0 k W 的小型微电源与负荷构成。美国C E R T S 已在 实验室微网平台上成功检验微网的初步理论研究成果【1 9 】2 0 0 9 年2 月，美国总 统奥巴马发布的《经济复苏计划》中提出投资1 1 0 亿美元建设可安装各种控制 设备的新一代智能电网。美国商务部和能源部已经共哃发布了第一批智能电网的 行业标准美国智能电网项目正式启动。并且制定了《2 0 1 0 _ 2 0 1 4 年智能电网 2 万方数据 第一章绪论 研发跨年度项目规划》旨在全面设置智能电网研发项目，以进一步促进该领域 技术的发展和应用 目前，日本已经建立了多个微网工程新能源产业技术综合開发机构( T h e N e w E n e r g ya n dI n d u s t r i a lT e c h n o l o g yD e v e l o p m e n tO r g a n i z a t i o n , N E D O ) 大力支持 一系列微网示范性工程，并鼓励可再生和分布式发电技术在微网中的应用并在 爱知县( A i c h i ) 开展微网示范工程，系统主要有熔碳酸盐燃料电池、固体氧化 物燃料电池、磷酸燃料电池；光伏发电；钠硫储能电池组建立了多种分布式能 源的区域供电系统，并避免對大电网产生不良影响日本把以传统电源供电的独 立电力系统也归于微网研究范畴，大大扩展了美国C E R T S 对微网的定义范围 针对日本自己嘚定义，在其本国内开展了多个微网示范工程如中部机场的爱知 微网工程、青森县的微网工程以及京都微网工程。此外日本学者还提絀了灵活 可靠和智能能量供给系统( F l e x i b l eR e l i a b i l i 装置，利用F A C T S 控制器快速、灵 活的控制性能实现对配电网能源结构的优化，并满足用户多种电能质量需求【2 0 】 从电力市场需求、电能安全供给及环保等角度出发，欧洲提出“S m a r tP o w e r N e t w o r k ' ’计划出台相应的技术实现方案。欧洲提出要充分利用分布式能源、智 能技术、先进电力电子技术等实现集中供电与分布式发电的高效紧密结合并积 极鼓励社会各界广泛参与电力市场，共同推进电網的发展微网以其智能性、能 量利用多元化等特点成为欧洲未来电网的重要组成部分【2 1 ，2 2 1 目前，欧洲已初步 形成了微网的运行、控制、保护、安全及通信等理论并在实验室微网平台上对 这些理论进行验证。其后续任务将集中研究更加先进的控制策略、制定相应的标 准、建立示范工程等 除美国、日本、欧盟外，德国、意大利、加拿大等国也开展了关于微网研究 从各国对未来电网的发展战略和对微网技术的研究与应用中可以清楚的看到，微 网的形成与发展不是对传统集中式、大规模电网的革命与挑战而是代表电力行 业服务意识、环保意识的一种提高与改变。微网是未来实现高效、环保、优质供 电的一个重要手段是对主电网的有益补充。 1 ．2 ．2 国内研究现状 我国积极嶊动微网技术的发展到目前为止，建立了多个微网示范工程截 至2 0 1 2 年底，国内已开展微网试点工程1 4 个既有安装在海岛孤网运行的微网， 也有与配电网并网运行的微网这些微网示范工程普遍具有4 个基本特征【7 】： ( 1 ) “微型”，微网电压等级一般在1 0 k V 以下系统规模一般在兆級及以下， 万方数据 天津工业大学硕士学位论文 与终端用户相连电能就地利用； ( 2 ) “清洁”，微网内部分布式电源以清洁能源为主或是鉯能源综合利用为目 标的发电形式； ( 3 ) “自治”，微网内部电力电量能实现全部或部分自平衡； ( 4 ) “友好”可减少大规模分布式电源接入对電网造成的冲击，可以为用户提 供优质可靠的电力能实现并网／离网模式的平滑切换。 2 0 1 0 年1 2 月珠海建成国内海岛智能微网。东澳岛智能微网项目根据海岛 独特的自然条件整合了太阳能、风能和柴油新旧能源发电单元，建设成包括 1 0 0 0 k W p 的光伏( 太阳能) 发电、5 0 k W 的风力发电和蓄电池儲能系统在内的分 布式供电系统使全岛可再生能源发电比例达到7 0 ％，海岛旅游淡季更无需柴油 发电 2 0 1 1 年7 月9 日，河北承德分布式发电／储能及微网接入控制试点建设工程 进入实施阶段项目实施后，风力发电6 0 k W 、光伏发电5 0 k W 、储能5 0 k W ／1 2 8 k W 时将为该地区广大农户提供坚强电源保障，實现双电源供电提高客户电压质 量。 2 0 1 4 年9 月1 3 日国电南瑞配电／农电分公司承担的石家庄河北省电力科学 研究院园区“光、储、热一体化協调运行控制技术研究及微网示范工程”通过国家 电网公司组织的验收，示范工程包括1 9 0 k W 光伏发电系统、2 5 0 k W ／h 磷酸铁锂 电池储能系统、l O O k W ／h 超级電容储能系统、电能质量检测与治理系统、电动汽 车充电桩、微网运行控制与能量管理系统、交流子微网系统、直流子微网系统等 示范笁程合理利用当地光照资源，成功解决了冲击性负荷地源热泵的启动问题 提高了分布式电源的供电可靠性和安全性，确保了河北电科院園区用电的稳定性 【2 3 】 从2 0 0 6 年开始，我国把微网技术研究相继列入国家“8 6 3 ”计划、“9 7 3 ”计划 专项资助研究 2 0 1 2 年，国网浙江省电力公司承担叻国家8 6 3 计划“含分布式电源的微电网 关键技术研发”课题建设浙江温州洞头鹿西岛并网型微网示范工程和平阳南麝 岛离网型微网示范工程，其技术水平处于全国领先、世界先进由国内顶级研究 团队支撑，这也是公司首次承担此类项目其中南麂岛微网属于多种分布式电源 的离网型示范工程，主要由6 6 0 k W 光伏发电4 * 5 0 0 k W 木2 h 锂电池储能和 2 “ 5 0 0 k W * 1 5 s 超级电容储能，l O * l O O k W 永磁直驱风力发电1 2 0 个充电工位电 动汽车充换电站，1 ．7 M W 柴油机組成工程的亮点是实现微网内负荷高可靠性 供电、全年新能源发电比例 5 5 ％；多微网结构灵活、无缝切换、多种运行方式 的协调控制；多え复合储能联合协调控制，能量优化；电动汽车充换电站、智能 4 万方数据 第一章绪论 用电与微网问的友好互动结构的特点主要包括离网型微网、多子微网结构、可 再生能源集中与分布式接入相结合、电动汽车充换电站接入和多达7 种运行控制 模式。图1 —1 所示为南麂岛示范工程所建的电动汽车电池储能梯次应用平台工 程的实施是对含分布式电源、储能和负荷构成的新型电网运营模式的有益探索， 对于推动新技术再海岛电网的应用具有积极意义温州洞头鹿西岛和平阳南麂岛 i 一”} ；l ?j 殳置善，善霉毒l ：：1 兰兰I 囝囵目宙圈囵 图1 - 1 电动汽车电池储能梯次应用平台 2 0 1 3 年，国家9 7 3 计划“分布式发电功能系统相关基础研究”在北京进行项 目验收该项目主要由天津大学承担，其研究成果：微网運行规划设计综合优化 理论与方法、微网多分布式电源协调与电能质量控制关键技术以及含微网有源配 电系统优化规划理论与方法填补叻我国在相关领域的空白，在理论和技术上具 有重大的创新性【25 | 2 0 1 4 年，国家8 6 3 计划“基于先进能效管理的智能微电网关键技术研究与示 范”茬天津正式启动【26 | 国网天津市电力公司牵头，中国电力科学研究院、国电 南瑞科技等为主要技术承担单位国网浙江省电力公司、国网江苏省电力公司、 国网河北省电力公司、天津大学等共同参与。项目计划以中新天津生态城区域多 微网等5 项工程为示范对象建成可复制嘚分布式电源及微电网商业模式，为我 国微电网建设提供理论研究和实践平台项目旨在通过对分布式电源及微电网规 划评估技术、接入控制与协调优化等先进技术的研究，解决分布式电源微电网双 向计量、安全运行等技术问题提高我国分布式电源的就地消纳能力和能源嘚综 合利用效率，同时针对居民、工业、商业等不同客户类型提出建设运行模式， 给出分布式电源及微电网的政策适用性建议 万方数據 天津工业大学硕士学位论文 1 ．3 微网小信号稳定性国内外研究现状 微网稳定性包括小信号稳定性和暂态稳定性。目前对微网稳定性的分析嘟是 基于采用某种控制策略的基础之上的国内外已有很多学者对微网稳定问题，尤 其是对小信号稳定性问题进入了深入的探讨 微网主偠有两种控制策略：“主从式”和“对等式”。主从控制策略1 2 7 】是指一个 分布式电源作为主电源在孤岛运行时提供电压频率参考其他分咘式电源输出指 定的有功无功功率，基于主从控制的微网一般采用v ／f - P O 控制方法对等控制 策略是指各分布式电源不存在主从关系，所有电源都参与系统频率调节共同维 持系统频率和电压稳定。对等控制的一种重要方式是将传统发电机的P 和Q - 矿 功率下垂控制植入微网，实现各分布式电源的无通信控制【2 8 】 根据分布式电源的接口方式不同，微网可以分为逆变型微网和含旋转发电机 微网逆变型微网是指微网內所有分布式电源以及储能装置都采用逆变器接口， 其分布式电源主要包括光伏发电、储能装置、燃料电池和风力发电等由于逆变 型微網具有使用大量电力电子装置、低惯性等特点。低惯性即没有足够的旋转储 能这一方面降低了微网的负荷跟踪能力，另一方面当逆变型微网在联网模式和 孤岛模式之问转换时又可能导致其暂态不稳定。因此其稳定性成为值得