毕业论文分布式电源对县级配电网电压水平影响的研究(编辑修改稿)

毕业论文分布式电源对县级配电网电压水平影响的研究(编辑修改稿)内容摘要：

动态电能质量控制。 （ 4） 含分布式电源的配电网规划。 （ 5）无功优化。 （ 6） 无功优化。 （ 7） 电力市场环境。 并网后的稳态运行分析与控制 分布式发电并网相当于多个有限容量电源与近 似于无穷大电源并网运行 ,配电网(本文主要研究分布式发电并入配电网的情况 )结构和运行方式都会发生改变。 由于各分布式电源的出力方式和控制特性各不相同 ,例如风力发电、太阳能发电等电源出力具有随机性 ,导致潮流的方向变化不定 ,己有确定性潮流不能描述电网的特征 ,必须建立各种分布式电源和负荷的概率模型 ,研究并网潮流的概率特性和概率潮流计算方法 ,建立新的电网分析与控制方法。 ① 电源的输出特性与控制方式对潮流计算的方法和收敛特性有很大影响 ,需要研究合适的节点类型和收敛 性好的潮流计算方法 [4]。 ② 大量分布式电源接入电网后会带来电能质量问题 ,例如电压波动、谐波等 ,同时分布式电源会改变无功功率的分布 ,使得现有电压 /无功控制手段己经不能满足要求。 电力电子技术的发展促进了 SVC、 STATCOM、 SSSC 等控制器的应用 ,如何综合运用这些控制器协调地区电网各电压等级的无功电压分布需要进行研究 ,并针对分布式电源的随机动态特性和分相、三相混合控制模式 ,建立地区电网的无功优化和电压控制模型与分析方法 [4]。 ③ 当分布式发电处于孤岛运行状态下时 ,发电和供电产生不平衡 ,且孤岛电网中没有电压、频率控制 ,用户得到的电压和频率会产生严重波动 ,可能引起用户设备损坏。 因此分布式电源并网需要恰当的控制和进行合理的供电范围划分。 此外分布式电源孤岛运行时可能与系统不同步 ,重新并入电网时的同步控制也是研究重点。 ④ 分布10 式发电并网后原有电网具备了潮流优化的条件 ,通过对网络进行合理规划 ,可以有效减少其他能源消耗 ,降低发电成本和损耗。 如何使分布式 电源并网后达到最优目标 ,和分布式发电容量及负荷有关。 实际运行中 ,应寻找分布式发电的容量与负荷这两组不相关的随机变量之间的平衡条件 ,动态调度各分布式电源的容量 ,实现潮流优化和经济调度。 并网后的稳态运行分析与控制 ： ① 由于分布式发电并网运行增加了地区电网中感应电机的数量 ,同时电动机负荷增多 ,使得地区电网发生故障后可能会失去电压稳定 ,在控制和保护不完善时更容易发生。 ② 分布式电源的控制能力较地区电 网弱 ,励磁调节范围小 ,当达到其控制极限时 ,相当于励磁系统失去调节能力。 这种情况下 ,如果在电网处于峰荷期间 ,可能会因为小的扰动而引起分布式电源失去功角稳定。 在孤岛系统中 ,由于分布式发电的出力和系统负荷都具有随机性 ,如果它们出现不平衡 ,可能会导致电网频率不稳定。 ③ 在分布式电压并网前需要进行静态安全分析。 地区电网发生故障时 ,若分布式发电容量或接入点位置不合理 ,会使地区电网的可靠性降低。 并网后的 继电保护 分布式发电并网后 ,会改变系统短路容量 ,使原有的继电保护配置与保护方式不再适用 ,因此需要改变原有继电保护方式或采取其他措施与原有保护装置配合 ,实现电网运行方式变化后继电保护再整定。 并网后的动态电能质量控制 分布式电源并网运行后可能带来一系列动态电能质量问题 ,例如电压跌落、电压脉冲、瞬时供电中断等 ,需要提出合理的控制措施来解决这些问题。 含分布式电源的配电网规划 分布式发电的类型与规模多种多样 ,运行特性也各不相同 ,从而对电网产生的影响也不同 ,因此必须对分布式发电的类型、位置、容量进行规划 ,综合考虑系统网损、电压、 继电保护等方面 ,使电网的综合性能达到最优。 无功优化 分布式电源并网后会吸收或发出无功功率 ,从而使原有电网中电压和无功的分布复杂化 ,对无功和电压控制也较原有网络要求更高。 新的控制装置如 SVC、 STATCOM、11 SSSC、 VSCHVDC 等可被用来调节分布式电源并网后的无功和电压。 由于它们的功能各不相同 ,性能和成本差异较大 ,对其的选择要根据电网实际情况而定 ,同时协调它们在调节电压、优化无功、提高电压稳定性方面的作用。 电力市场环境 各种分布式电源成本不同 ,品质各异 ,并网后将对地区电网的运 营产生很大影响 ,会改变电力交易方式 :① 需要制定其与电网之间的供购电计划。 而且完全由用户本身承担失电损失是不合理的 ,应确定失电损失的分摊对象、定量计算各对象分摊的失电损失。 ② 由于分布式发电技术仍处于研究初期 ,其成本依旧偏高 ,并网运行后也会给电网带来一些负面影响 ,因此要建立起一套合理的电价体制和市场服务体制 ,既可以鼓励发展分布式发电技术 ,尤其是利用绿色能源的分布式发电技术 ,同时也不损害电力公司 的利益 ,实现地区电网和分布式发电的和谐发展。 分布式发电对配电网的影响 分布式发电系统与电力系统之间存在四种方式 :① 分布式发电独立运行向附近用户供电。 ② 分布式发电系统独立运行 ,但与地区电网之间有自动转换装置 ,在必要时支撑地区电网。 ③ 分布式发电系统与地区电网并联运行 ,但不向地区电网输送电能。 ④ 分布式发电系统与地区电网并联运行 ,并向地区电网输出电能。 不同的运行方式有不同的特点和技术实现手段。 常见的分布式电源是直接接入配电系统 (380V 或 10kV 配电系统 )并网运行或采取独立运行的方式 ,将分布式发电系统集成到现有的配电系统中 ,也是今后分布式发电的发展趋势 [6]。 分布式发电的接入对配电网的供电经济性和节点电压、潮流、短路电流、网络供电可靠性等都会带来影响。 对电压分布的影响 传统配电系统为单电源辐射状网络 ,正常运行状况下 ,沿馈线潮流方向 ,电压逐渐降低。 若设负荷运行 在恒功率模式下 ,系统稳态运行时 ,分布式电源的接入会减少线路上实际的传输功率 ,有的分布式电源同时发出无功功率 ,对线路进行补偿 ,从而使得线路负荷节点处的电压升高。 实际运行中 ,负荷的有功功率与无功功率往往不是固定不变的。 线路负荷的变化会使得线路电压发生改变 ,越接近线路末端 ,这种改变越大。 有功12 与无功负荷随时间的变化会引起系统电压波动 ,朝线路末端方向 ,电压的波动越来越大。 如果负荷集中在线路末端 ,电压的变化量将更大 ,一般尽量避免这种情况的发生。 分布式发电接入系统后 ,会增大或减少这种变化量。 本文的负荷设为恒功率模式。 对电能质量的影响 分布式发电并入配电网后 ,也会对系统带来负面的影响 ,例如各种扰动 ,从而对系统的电能质量产生影响。 其影响主要有电压闪变和谐波 2 个方面。 分布式发电在下列情况下可能引起电压闪变 :l)大型分布式发电系统投切。 2)分布式发电的输出突然变化。 3)分布式发电系统和反馈环节的电压控制设备相互影响。 目前采用的解决方法是要求DG 的所有者减少 DG 的投切次数并将 DG 通过逆变器接入配电网以减小 DG 输出的大幅度变化 [5]。 分布式发电在下列情况下可能引入谐波 :l)分布式电源本身就是一个谐波源时。 2)分布式发电经 基于电力电子技术的逆变器接入配电网。 分布式发电系统并入配电网时 ,还会带来如电压跌落、电压脉冲、瞬时供电中断等动态电能质量问题。 对网损的影响 分布式电源的并入会改变原有网络的分布形式 ,线路潮流不再是单方向地从电源母线流向各个负荷 ,其大小和方向要取决于分布式电源的并网情况 ,因此线路损耗也较原来网络发生改变。 分布式电源一般在用户侧并网 ,因此它的接入会改变系统负荷分布 ,主要有 3 种情况 :① 分布式电源出力小于任何节点的负荷量 ,此时分布式电源的引入使配电网中所有线路的损耗减小。 ② 分布式电源出力仍然小于系统负荷总量 ,但并非所有负荷节点的负荷量都大于分布式电源出力 ,这种情况下分布式电源的的并网仍可以减少系统总损耗 ,但有可能导致某些线路网损增加。 ③ 分布式电源出力大于系统负荷总量 ,但并非所有负荷节点的负荷量都小于分布式电源出力 ,这种情况下分布式电源对系统损耗的影响要分情况讨论 ,若 PsPDG2Ps。 (PDG 为分布式电源的总出力 ,Ps 为系统负荷总量 ),则分布式电源的并网对线路网损的影响与情况 b 相同 ,若 PDG2Ps,则会使线路网损增加 [ 6]。 由此可见 ,分布式发电可能增大也可能减小系统损耗 ,这不仅和负荷有关 ,同时还与分布式电源的容量和具体位置以及网络的拓扑结构紧密相关。 对系统继电保护的影响 一般认为配电网中只有一个电源 ,当线路发生故障时 ,故障点的故障电流只由电源提供。 当分布式电源并网后 ,改变了配电网拓扑结构 ,使其变为多源网络 ,发生故障时 ,13 分布式电源也向故障点提供故障电流 ,使得故障电路大小和方向都发生改变 ,会导致原有的保护装置发 生误动或拒动等 ,因此要改变线路保护装置的配置。 对系统可靠性的影响 分布式电源对系统的可靠性影响要视情况而定。 当分布式电源作为备用电源 ,则对提高系统可靠性有利。 当其和配网并网运行时 ,对系统可靠性的影响取决于控制方式及其不同分布式电源的相互协调程度。 分布式发电 的潮流计算 基于前推回代算法的配电网潮流计算 对于辐射型网络 ,前推回代法的基本原理是 :(1)假定节点电压不变 ,即令根节点为己知电压幅值和相角的松弛节点 ,初始化所有节点的电压 ,等于根节点的电压。 已知网络末端功率 ,由网络末端向 首端的方向计算各支路功率损耗和功率 ,依此推算网络中的线路功率分布 ,最终得到根节点注入功率。 (2)假定支路功率不变 ,利用已知的根节点 (电源节点 )电压 ,由网络首端向末端计算各支路电压损耗和节点电压。 如此不断重复前推和回代两个步骤 ,直至满足收敛要求。 前推回代法在每次前推迭代中由网络的电压求得潮流分布 ,回代迭代中由功率分布推算电压的分布。 网络层次构造 配电网络从拓扑结构上可看作是以电源点为根节点的树状结构。 本文以一个 12 节点系统为例说明。 图 21为一个 12 节点的树状网络 ,其节点和支路编号为随机编号 ,与网 络结构无关。 14 图 21 12 节点树状网络 (1)形成支路层次矩阵 L 矩阵 L行表示支路层次 ,矩阵 L的非零元素分别表示各层的支路号和节点号。 图 2l所示网络中 ,支路共分为 3 层 ,即 Ll~L3,支路 9 为第一层 ,支路 10为第二层 ,支路 11 为第三层 ,因此其网络层次矩阵 L 为 : (2)形成节点层次矩阵 N 如上描述 ,图 21 的节点层次矩阵 N 为 : (3)形成支路层次关联矩阵 M 支路首节点矩阵 F 和支路末节点矩阵 T 是为了描述网络中支路与节点的连接关系而建立的。 矩阵 F 和 T 的列表示支路 111,矩阵中各元素分别表示各支路对应的首、末节点号。 所以矩阵 F 和矩阵 T 都是一维矩阵 ,元素个数等于支路数 ,第 i 个元素就是支路 i的送端 (受端 )节点编号。 图 21所示网络中支路送端节点矩阵 F 和受端节点矩阵 T 分别为 : 15 在树状网络结构中 ,只有第 1层支路没有上层支路 ,其余的每条支路都只有 1条与其直接相连的上层支路 ,该支路的头节点就是与其直接相连的上层支路的尾节点 ,根据矩阵 F 和矩阵 T 便可以很容易找到任意一条支路的上层支路 ,形成支路关联矩阵 M。 若网络支路数为 b,则 M 为一个 (bxb)的矩阵。 当支路 i与支路 j直接相连 ,且支路 i是支路 j 的下层支路 ,支路 j是支路 i的上层支路时 ,M 第 i行 j列元素为 1,否则为 O。 例如在矩阵 F 中找到首节点为 7的支路 1,在矩阵 E中找末节点为 7 的支路 5,就可以得到支路 1 的上层支路是支路 5,则矩阵 M 的第 1 行第 5 列元素就是 1,其余为 O。 图21的支路层次矩阵 M 可以表示为 : 支路层次矩阵 L和支路关联矩阵 M显示了每条支路所处的层次和与这条支路直接相连的上下层支路。 支路的电压和功率可以利用这些信息 ,运用前推回代法计算出来。 分层前推回代法 前推时 ,每条支路的功率都由该支路的下一层支路功率决定。 回代时 ,节点电压都由上一层节点电压决定。 (1)功率前推 图 21 的支路 : 16 (2)电压回代 第 1层回代到第 L层 ,逐层更新支路受端节点的电压 ,初始化根节点电压 ,即第一层 支路的送端节点电压始终为 1。 计算公式为 : 计算各个负荷节点相邻两次迭代电压幅值差最大值 ,若满足收敛条件 ,则停止计算 ,输出结果。 本文取 :ε =le6,k=0。 前推回代法潮流计算流程图如图 22所示 :开始 — 网络结构分析 — 输入原始数 据 — 计算各节点功率 — 计算各节点电压。 图 22 前推回代法潮流计算流程图 仿真分析 本文应用的算例为 IEEE33 母线测试系统 ,如图 23所示 ,系统参数见文献 [1]。 分别以不同容量、不同位置、不同功率因数的分布式电源接入所用算例配电网 ,分析其对系统电压的不同影响。 17 图 23 33 母线测试系统 DG 容量对电压的影响 要分析 DG 不同容量给系统电压带来的影响时 ,首先要固定 DG 的位置和数量。 分布式电源是作为一种辅助电源支持配电网的 ,而不是 配电网供电的主。