独立运行和并网模式下微型燃气轮机的建模与性能分析ModelingandPerformanceAnalysisofMicroturbineinIndependentOperationandGrid-ConnectionModeABSTRACT:Themicroturbinegenerationsystemwillbethemostwidelyuseddistributedgenerationinthenearfuture.AccordingtothedynamiccharacteristicsoftheMicroturbinesystem,amathematicmodelwhichtreatstheMicroturbineanditselectricsystemasawholeisbuilt.FurtherresearchesonthebasiccontroloftheMicroturbinesystemarepresented.ThedynamiccharacteristicsoftheMicrogasturbinesystemareemphasized,especiallythecharacteristicsoftheloaddisturbance.SimulationresultsdemonstratethemodeliscoordinatetotherealMicroturbinesystem.ThegeneralpurposeofthisprojectisforfurtherresearchingthermodynamicenginecontroloftheMicroturbineandgivingthebasicresourcestocorrespondingcontrolofinvertercontrolofgeneratorelectricside.KEYWORDS：distributedgeneration;microturbine;modeling;simulation;PWM摘要：微型燃气轮机发电系统是一种具有广泛应用前景的分布式发电系统。根据微型燃气轮发电机系统的动态特性把微型燃气轮机及电气部分当作一个整体，建立了微型燃气轮发电机系统完整的数学模型，并进一步研究了微型燃气轮机和逆变器的基本控制策略，重点研究该系统的动态特性，特别是负荷扰动时的动态特性，仿真结果表明该系统模型能够反映实际微型燃气轮发电机系统。本论文的工作为进一步研究微型燃气轮机的热机控制与电气侧的逆变器控制的协调控制策略奠定了基础。关键词：分布式发电；微型燃气轮机；建模；仿真；PWM0引言近年来，以风力发电、光伏电池和微型燃气轮机（Microturbine）等为代表的分布式发电DG（DistributedGeneration）技术的发展已成为人们关注的热点。其中，微型燃气轮机发电系统是一种技术上最为成熟、商业应用前景最为广阔的分布式发电技术，其相关研究问题已被列为国家“863”专项研究计划。微型燃气轮机一般是指功率在几百千瓦以内的小型热动装置，与常规发电机组相比，微型燃气轮机具有寿命长、可靠性高、燃料适应性好、环境污染小和便于灵活控制等优点[1]，它是分布式发电的最佳方式，可以靠近用户，无论对中心城市还是远郊农村甚至边远地区均能适用。典型微型燃气轮机发电系统结构图如图1所示。该独立电网系统由微型燃气轮机、永磁发电机、整流器、逆变器和负荷组成，其中微型燃气轮机透平包含压缩器、能量回收器、燃烧室以及带一个负荷的动力透平机。其工作原理为：从离心式压气机出来的高压空气先在回热器内由涡轮排气预热，然后进入燃烧室与燃料混合、燃烧，高温燃气送入向心式涡轮做功，直接带动高速发电机（转速在50000～120000r/min之间）发电，高频交流电流经过整流器和逆变器，即“AC-DC-AC”变换转化为工频交流电输送到交流电网[2]。图1微型燃气轮机发电系统结构图Fig.1Blockdiagramofmicroturbinegenerationsystem微型燃气轮机发电系统的数学建模是对其实施控制的基础。国内外在这方面已进行了一定研究，但一般都把微型燃气轮机与电气系统分开建1模，文献[3]对微型燃气轮机进行了模块化建模，建立了微型燃气轮机的六阶系统模型；文献[4]只对微型燃气轮机进行建模与控制；文献[5]把逆变器之前的环节等效为一个电压源，而只对逆变器进行控制。而微型燃气轮机是一个完整的系统，等效处理和分开建模会割裂燃机系统和发电系统之间的内在耦合联系，不利于实现燃机系统和电气系统之间的协调控制设计[6]。本文从微型燃气轮机的工作原理出发，建立了完整统一的微型燃气轮发电机系统的仿真模型，为接下来的研究工作奠定了基础。1微型燃气轮机发电系统整体建模1.1微型燃气轮机及其控制模型微型燃气轮机的控制包括转速控制、温度控制和燃料控制，在正常运行时，微型燃气轮机的转速控制系统使得在一定负荷时维持转速基本不变。微型燃气轮机不同于大型燃气轮机，其转速控制分为定转速和变转速两种方式，对于大型汽轮机，转速控制系统通过改变蒸汽流量来保持转速不变，而微型燃气轮机是改变燃料量来控制转...
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