畢業(yè)論文-分布式電源對縣級配電網電壓水平影響的研究

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題目 分布式電源對縣級配電網電壓水平影響的研究 </p><p>　　專 業(yè)：電氣工程及其自動化</p><p>　　學 院： 電氣工程學院 </p><p><b>　　年 級： ?</b>&

2、lt;/p><p>　　學習形式： </p><p><b>　　學 號： </b></p><p>　　論文作者： </p><p><b>　　指導教師 </b></p><p>　　職 稱： </p><p>

3、;<b>　　完成時間： </b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　現(xiàn)行分布式發(fā)電常與配電網并網運行,研究其并網對原有配電系統(tǒng)的影響有助于其安全、可靠、高效的并網。如何將分布式發(fā)電安全可靠地并入配電系統(tǒng),直接關系到分布式發(fā)電的價值。而并網后對電壓的影響將直接影響其供電質量和系統(tǒng)穩(wěn)定。因此對其并網后對系統(tǒng)電壓

4、的影響研究就顯得非常重要。</p><p>　　關鍵詞：分布式發(fā)電；配電網；電壓影響</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Distributed generation is often associated with the existing distribution network, therefore

5、the study of the effect of distributed generation on original distribution system can contribute to its safe,reliable and efficient connection with the distribution network.How to join the distribution generation into th

6、e distribution network safely and reliably is directly related to the value of distributed generation.The impact of voltage of system will directly affect quality of Power supply and syst</p><p>　　Keywords:D

7、istributed Generation;Distribution System;Voltage Profile</p><p>　　摘要..........................................................................................................................................

8、...I</p><p>　　Abstract.......................................................................................................................................II </p><p>　　目錄.....................

9、.......................................................................................................................III</p><p>　　1緒論........................................................................

10、.................................................................1</p><p>　　1.1引言..............................................................................................................................

11、1</p><p>　　1.2課題研究的意義..........................................................................................................1</p><p>　　1.2.1分布式電源的概念...........................................

12、................................................1</p><p>　　1.2.2分布式發(fā)電的種類...........................................................................................2</p><p>　　1.2.3縣域配電網的現(xiàn)狀.......

13、....................................................................................3</p><p>　　1.2.4木課題國內外研究現(xiàn)狀...................................................................................4</p>&

14、lt;p>　　2分布式發(fā)電對縣級配電網的電壓影響.................................................................................6</p><p>　　2.1分布式發(fā)電的并網及其對配電網的影響..................................................................6&

15、lt;/p><p>　　2.1.1分布式發(fā)電的并網問題...................................................................................6</p><p>　　2.1.2分布式發(fā)電對配電網的影響...........................................................

16、................8</p><p>　　2.2配網潮流計算.............................................................................................................10</p><p>　　2.2.1基于前推回代算法的配電網潮流計算................

17、..........................................10</p><p>　　2.2.2網絡層次構造..................................................................................................10</p><p>　　2.2.3分層前推回代法.......

18、.......................................................................................12</p><p>　　2.3潮流計算下的分布式電源對配電網電壓的影響初探.............................................13</p><p>　　2.3.1DG容量對電壓的

19、影響....................................................................................14</p><p>　　2.3.2DG位置對電壓的影響....................................................................................15</p&g

20、t;<p>　　2.3.3DG功率因數對電壓的影響............................................................................16</p><p>　　2.4本章小結...................................................... .........................

21、.....................................17</p><p>　　3分布式發(fā)電對縣級配電網電壓影響的仿真研究................................................................18</p><p>　　3.1仿真模型的建立......................................

22、...................................................................18</p><p>　　3.1.1分布式發(fā)電的模型建立..................................................................................18</p><p>　　3.1.2配

23、電網及負荷模型建立..................................................................................19</p><p>　　3.2分布式電源對電壓影響仿真及分析.........................................................................21</p>

24、<p>　　3.2.1理論分析..........................................................................................................21</p><p>　　3.2.2分布式電源容量對電壓分布的影響................................................

25、..............25</p><p>　　3.2.3分布式電源位置對電壓分布的影響..............................................................26</p><p>　　3.2.4分布式電源功率因數對電壓分布的影響....................................................

26、..28</p><p>　　3.3分布式發(fā)電并網的調壓仿真及分析.........................................................................29</p><p>　　3.3.1無功補償及電壓調整方法.............................................................

27、.................30</p><p>　　3.3.2無功補償裝置..................................................................................................32</p><p>　　3.3.3分布式發(fā)電并網調壓的仿真分析.........................

28、.........................................33</p><p>　　3.4本章小節(jié).....................................................................................................................37</p><p>　　4結論..

29、......................................................................................................................................38</p><p>　　參考文獻.........................................................

30、..........................................................................39</p><p>　　致謝.......................................................................................................................

31、....................41</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　現(xiàn)在全世界供電系統(tǒng)是以大機組、大電網、高電壓為主要特征的集中式單一供電系統(tǒng)，當前該系統(tǒng)的不足與缺陷日益明顯:1、偏遠地區(qū)的供配電網絡建設費用高,時間周期長,往往不

32、能進行理想供電；2、不能快速適應負荷的變化,如冬季取暖設備的激增會導致電力供應短時不足,而這種負荷屬于階段性短時負荷,專門為其建造發(fā)輸電設施是不現(xiàn)實的。同時現(xiàn)代電器的多樣化使得電網負荷變化率增大,導致原有電網的利用率下降；3、對于互聯(lián)大電網系統(tǒng),局部事故極易擴散,對系統(tǒng)安全穩(wěn)定性產生嚴重威脅；4、大電網系統(tǒng)對資源需求大,對環(huán)境影響大,在當今能源緊缺、環(huán)境污染嚴重的全球大環(huán)境下,如何有效使用能源,保護環(huán)境,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展以成為電力系統(tǒng)發(fā)展

33、的重要方向之一[15、16]。</p><p>　　與常規(guī)大電廠集中供電系統(tǒng)相比，分布式能源系統(tǒng)是對大電網的有益補充，可以就地供應，具有低的能源損失，補充大電網在負荷高峰時的供電能力，可以彌補大電網在局部地區(qū)和特殊情況下的安全穩(wěn)定性不足，在意外災害發(fā)生時繼續(xù)供電；土建與安裝成本低，能量輸送投資很少，可以滿足某些用戶特殊性的要求，可在農村、牧區(qū)、山區(qū)供電供熱，大大地減少輸電線路的建設；適合于多種熱電比的變化，可靈活

34、地根據熱、電需求進行調節(jié)，減少以電力來轉換到低品位熱、冷應用而造成的能源轉換浪費，設備利用小時高；可為電力、熱力、燃氣、制冷、環(huán)境、交通等多系統(tǒng)實現(xiàn)優(yōu)化整合提供技術支持。分布式發(fā)電(Distributed Generation,簡稱DG)技術正是基于上述原因而成為電力系統(tǒng)新的研究熱點并定會在未來電力系統(tǒng)中發(fā)揮重大作用。</p><p>　　1.2 課題研究的意義</p><p>　　1.2

35、.1分布式電源的概念</p><p>　　分布式電源一般是指支持已有的配電網經濟運行，為滿足某些終端用戶的需求，而設計和安裝在用戶側附近的小型發(fā)電機組。分布式電源的規(guī)模一般不大，與公共電網相對獨立。其以天然氣、沼氣、生物質氣和輕油等作為燃料，無需通過電網輸送，利用管網和電纜系統(tǒng)向特定區(qū)域內同時直供電力、蒸汽、熱水和冷氣，實現(xiàn)熱、電、冷三聯(lián)供。分布式電源提高了供電服務的可靠性和電能質量，同時又具有環(huán)境友好型，資源節(jié)

36、約等特點，將成為新世紀重要的能源選擇。分布式電源是一種新型的、很有發(fā)展前途的發(fā)電和能源綜合利用方式。其技術與大電網相比有其獨特的優(yōu)勢，能夠在提高經濟效益的同時，減少土地占用，而且還具有良好的環(huán)保性能，另外分布式供電可以作為備用發(fā)電、遠程或者獨立發(fā)電?，F(xiàn)今世界的發(fā)展潮流也傾向于大電網系統(tǒng)和分布式電源技術相結合的這種節(jié)省投資、降低能耗、提高系統(tǒng)安全性和靈活性的方法，發(fā)展分布式電源技術的。</p><p>　　1.2.

37、2分布式發(fā)電的種類</p><p>　　分布式發(fā)電的分類方式在不同領域有所不同。一般根據DG的技術類型、所用的一次能源及并網的接口技術進行分類。(1)按所用發(fā)電能源：按發(fā)電能源可將分布式發(fā)電技術分為兩類:一類為利用可再生能源的DG,主要包括太陽能光伏、風能、地熱能、海洋能等發(fā)電形式;另一類為利用不可再生能源的DG,主要包括內燃機、熱電聯(lián)產、燃動機、微型燃氣輪機、燃料電池等發(fā)電形式。目前,水力發(fā)電、生物質能發(fā)電屬于

38、比較成熟的技術,而風力發(fā)電、光伏發(fā)電、太陽熱發(fā)電、地熱及潮汐發(fā)電等都屬于新興的發(fā)電技術。(2)并網接口技術：若DG與電力系統(tǒng)相聯(lián),則可以根據DG并網技術的類型分類,即直接與電力系統(tǒng)聯(lián)接(機電式)和通過逆變器與系統(tǒng)聯(lián)接兩大類。若DG是旋轉式發(fā)電機,直接發(fā)出工頻交流電則可直接并網,例如小型燃氣輪機組發(fā)電、地熱發(fā)電、水力發(fā)電、太陽能發(fā)電等都是旋轉型發(fā)電機形式;而逆變器型DG通常指的是將直流電經逆變器得到交流電再并網的DG(如風力發(fā)電、光伏發(fā)電

39、、燃料電池及各種儲能技術)和發(fā)出高頻交流電的DG(微透平機組)。分布式發(fā)電的分類見表1-1。</p><p>　　表1-1 分布式發(fā)電的分類</p><p>　　1.2.3 縣城配電網的現(xiàn)狀</p><p>　　近幾年國家持續(xù)對縣域配電網的改造進行投入，使得部分縣城配電網的安全及供電可靠性有了很大的提高。但是就目前而言，總體上縣域配電網絡仍然存在以下問題：(1)電源

40、點不足且分布不合理，導致供電半徑大。由于早期整體規(guī)劃不合理造成10kV配電網的布局和電源點位置不合理，隨著城區(qū)建設發(fā)展，用戶數量和負荷的日益增加，配電網不斷延伸和擴展，導致電源點與負荷中心產生偏離，對城市配電網在供電運行的經濟性與質量造成嚴重影響。(2)設備陳舊、技術落后、線路故障率高、供電可靠性降低。城區(qū)配網線路基本上是架空線路，以架空裸導線為主。線徑小，設備運行年限長，自動化程度低，特殊天氣故障率高。尤其是低壓線路，問題突出，像線徑

41、小、分支亂、供電半徑長等。尤其下戶線易燒斷，導致一系列的維修量增加、維修時間增長，安全性得不到保障。(3)供電范圍不明顯、互送能力差、同桿架設回路數多、停電范圍大且時間長、重復建設嚴重、管理比較困難。目前，縣級城區(qū)供電線路交叉較多，供電范圍不能分片、分區(qū)供電。線路之間互導能力差，只能進行一些范圍小、負荷輕的簡單操作，尤其是變電所出線部分，由于回路數過多，若發(fā)生設備故障或遇到檢修情況，會導致網絡供電區(qū)域</p><p&

42、gt;　　如上述，因縣域配電網絡本身就一個尚待完善的供電網絡，使得分布式電源接入配網這么一個原本就不簡單的問題，更加復雜化。</p><p>　　1.2.4 類似課題國內外研究現(xiàn)狀</p><p>　　分布式發(fā)電在世界各國蓬勃發(fā)展。在歐美等發(fā)達國家,隨著能源市場放松管制以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施,分布式發(fā)電系統(tǒng)得到迅猛的發(fā)展;我國隨著發(fā)電側競爭機制的建立、“西氣東送”工程的實施等,也為分布式

43、發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展提供了機遇[1]。國內外很多專家學者致力于對DG的研究。例如分布式發(fā)電的并網接口技術、控制方式、對系統(tǒng)電壓分布的影響、對系統(tǒng)故障電流的影響、對系統(tǒng)電能質量的影響、對系統(tǒng)可靠性的影響、并網規(guī)劃、分布式發(fā)電系統(tǒng)中控制和通信技術、DG孤島運行等各方面。本文主要研究分布式電源的接入對縣域電網電壓的影響。</p><p>　　文獻[19]提出利用短路比和剛性率來評估分布式電源對配網供電電壓質量影響的方法,具體

44、分析旋轉型分布式電源和逆變型分布式電源對系統(tǒng)供電電壓的不同影響。但其重點關注了分布式電源并網的控制方式,而對其位置和容量沒有具體分析。</p><p>　　文獻[20]提出一種算法,以電網損耗最小和電壓不越限為目標,來確定分布式發(fā)電在配電網中的合適的位置。但其中沒有涉及到DG的容量及運行模式。</p><p>　　文獻[21]概述了關于DG并網后對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響。分析了目前為研究高滲透

45、率DG的系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定所采用的動態(tài)模型的精度和有效性。</p><p>　　文獻[22]針對含有DG的輻射狀配電網絡提出了一種無功功率和有功功率優(yōu)化的方式來提高電壓指標。以電壓調整、電壓穩(wěn)定和減少網絡損耗為目標,利用遺傳算法對DG的容量和安裝位置做出優(yōu)化。</p><p>　　2 分布式發(fā)電對縣級配電網的電壓影響</p><p>　　分布式發(fā)電與配電網并網運行會使原

46、有網絡的運行特性發(fā)生改變。木章介紹了分布式發(fā)電的并網問題及其對配電系統(tǒng)的影響,最后利用基于前推回代法編制的潮流程序對其并網后對系統(tǒng)電壓的影響做了初步分析。</p><p>　　2.1 分布式發(fā)電的并網及其對配電網的影響</p><p>　　2.1.1分布式發(fā)電的并網問題</p><p>　　分布式發(fā)電技術中,大部分都直接與地區(qū)電網相連。因此地區(qū)電網要容納各種形式的分

47、布式發(fā)電技術:性能差異、容量不同、并網點不同、并網方式不同,因此如何保證并網后電網安全、穩(wěn)定、可靠、經濟的運行,是研究分布式發(fā)電的一個重要方面。</p><p>　　(1)并網后的穩(wěn)態(tài)運行分析與控制</p><p>　　分布式發(fā)電并網相當于多個有限容量電源與近似于無窮大電源并網運行,配電網(本文主要研究分布式發(fā)電并入配電網的情況)結構和運行方式都會發(fā)生改變。由于各分布式電源的出力方式和控制

48、特性各不相同,例如風力發(fā)電、太陽能發(fā)電等電源出力具有隨機性,導致潮流的方向變化不定,己有確定性潮流不能描述電網的特征,必須建立各種分布式電源和負荷的概率模型,研究并網潮流的概率特性和概率潮流計算方法,建立新的電網分析與控制方法。1)電源的輸出特性與控制方式對潮流計算的方法和收斂特性有很大影響,需要研究合適的節(jié)點類型和收斂性好的潮流計算方法[4]。2)大量分布式電源接入電網后會帶來電能質量問題,例如電壓波動、諧波等,同時分布式電源會改變無

49、功功率的分布,使得現(xiàn)有電壓/無功控制手段己經不能滿足要求。電力電子技術的發(fā)展促進了SVC、STATCOM、SSSC等控制器的應用,如何綜合運用這些控制器協(xié)調地區(qū)電網各電壓等級的無功電壓分布需要進行研究,并針對分布式電源的隨機動態(tài)特性和分相、三相混合控制模式,建立地區(qū)電網的無功優(yōu)化和電壓控制模型與分析方法[4]。3)當分布式發(fā)電處于孤島運行狀態(tài)下時,發(fā)電和供電產生不平衡,且孤島電網中沒有</p><p>　　(2)

50、并網后的穩(wěn)態(tài)運行分析與控制</p><p>　　1)由于分布式發(fā)電并網運行增加了地區(qū)電網中感應電機的數量,同時電動機負荷增多,使得地區(qū)電網發(fā)生故障后可能會失去電壓穩(wěn)定,在控制和保護不完善時更容易發(fā)生。2)分布式電源的控制能力較地區(qū)電網弱,勵磁調節(jié)范圍小,當達到其控制極限時,相當于勵磁系統(tǒng)失去調節(jié)能力。這種情況下,如果在電網處于峰荷期間,可能會因為小的擾動而引起分布式電源失去功角穩(wěn)定。在孤島系統(tǒng)中,由于分布式發(fā)電的

51、出力和系統(tǒng)負荷都具有隨機性,如果它們出現(xiàn)不平衡,可能會導致電網頻率不穩(wěn)定。3)在分布式電壓并網前需要進行靜態(tài)安全分析。地區(qū)電網發(fā)生故障時,若分布式發(fā)電容量或接入點位置不合理,會使地區(qū)電網的可靠性降低。</p><p>　　(3)并網后的繼電保護 </p><p>　　分布式發(fā)電并網后,會改變系統(tǒng)短路容量,使原有的繼電保護配置與保護方式不再適用,因此需要改變原有繼電保護方式或采取其他措施與原

52、有保護裝置配合,實現(xiàn)電網運行方式變化后繼電保護再整定。</p><p>　　(4)并網后的動態(tài)電能質量控制 </p><p>　　分布式電源并網運行后可能帶來一系列動態(tài)電能質量問題,例如電壓跌落、電壓脈沖、瞬時供電中斷等,需要提出合理的控制措施來解決這些問題。</p><p>　　(5)含分布式電源的配電網規(guī)劃 </p><p>　　分布

53、式發(fā)電的類型與規(guī)模多種多樣,運行特性也各不相同,從而對電網產生的影響也不同,因此必須對分布式發(fā)電的類型、位置、容量進行規(guī)劃,綜合考慮系統(tǒng)網損、電壓、繼電保護等方面,使電網的綜合性能達到最優(yōu)。</p><p><b>　　(6)無功優(yōu)化</b></p><p>　　分布式電源并網后會吸收或發(fā)出無功功率,從而使原有電網中電壓和無功的分布復雜化,對無功和電壓控制也較原有網絡

54、要求更高。新的控制裝置如SVC、STATCOM、SSSC、VSC-HVDC等可被用來調節(jié)分布式電源并網后的無功和電壓。由于它們的功能各不相同,性能和成本差異較大,對其的選擇要根據電網實際情況而定,同時協(xié)調它們在調節(jié)電壓、優(yōu)化無功、提高電壓穩(wěn)定性方面的作用。</p><p><b>　　(7)電力市場環(huán)境</b></p><p>　　各種分布式電源成本不同,品質各異,并

55、網后將對地區(qū)電網的運營產生很大影響,會改變電力交易方式:1)需要制定其與電網之間的供購電計劃;而且完全由用戶本身承擔失電損失是不合理的,應確定失電損失的分攤對象、定量計算各對象分攤的失電損失。2)由于分布式發(fā)電技術仍處于研究初期,其成本依舊偏高,并網運行后也會給電網帶來一些負面影響,因此要建立起一套合理的電價體制和市場服務體制,既可以鼓勵發(fā)展分布式發(fā)電技術,尤其是利用綠色能源的分布式發(fā)電技術,同時也不損害電力公司的利益,實現(xiàn)地區(qū)電網和分

56、布式發(fā)電的和諧發(fā)展。</p><p>　　2.1.2分布式發(fā)電對配電網的影響</p><p>　　分布式發(fā)電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)之間存在四種方式:(1)分布式發(fā)電獨立運行向附近用戶供電;(2)分布式發(fā)電系統(tǒng)獨立運行,但與地區(qū)電網之間有自動轉換裝置,在必要時支撐地區(qū)電網;(3)分布式發(fā)電系統(tǒng)與地區(qū)電網并聯(lián)運行,但不向地區(qū)電網輸送電能;(4)分布式發(fā)電系統(tǒng)與地區(qū)電網并聯(lián)運行,并向地區(qū)電網輸出電能。不

57、同的運行方式有不同的特點和技術實現(xiàn)手段。</p><p>　　常見的分布式電源是直接接入配電系統(tǒng)(380V或10kV配電系統(tǒng))并網運行或采取獨立運行的方式,將分布式發(fā)電系統(tǒng)集成到現(xiàn)有的配電系統(tǒng)中,也是今后分布式發(fā)電的發(fā)展趨勢[6]。分布式發(fā)電的接入對配電網的供電經濟性和節(jié)點電壓、潮流、短路電流、網絡供電可靠性等都會帶來影響。</p><p>　　(1)對電壓分布的影響</p>

58、<p>　　傳統(tǒng)配電系統(tǒng)為單電源輻射狀網絡,正常運行狀況下,沿饋線潮流方向,電壓逐漸降低。若設負荷運行在恒功率模式下,系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時,分布式電源的接入會減少線路上實際的傳輸功率,有的分布式電源同時發(fā)出無功功率,對線路進行補償,從而使得線路負荷節(jié)點處的電壓升高。實際運行中,負荷的有功功率與無功功率往往不是固定不變的。線路負荷的變化會使得線路電壓發(fā)生改變,越接近線路末端,這種改變越大。有功與無功負荷隨時間的變化會引起系統(tǒng)電壓波動

59、,朝線路末端方向,電壓的波動越來越大。如果負荷集中在線路末端,電壓的變化量將更大,一般盡量避免這種情況的發(fā)生。分布式發(fā)電接入系統(tǒng)后,會增大或減少這種變化量。本文的負荷設為恒功率模式。</p><p>　　(2)對電能質量的影響</p><p>　　分布式發(fā)電并入配電網后,也會對系統(tǒng)帶來負面的影響,例如各種擾動,從而對系統(tǒng)的電能質量產生影響。其影響主要有電壓閃變和諧波2個方面。分布式發(fā)電在下

60、列情況下可能引起電壓閃變:l)大型分布式發(fā)電系統(tǒng)投切;2)分布式發(fā)電的輸出突然變化;3)分布式發(fā)電系統(tǒng)和反饋環(huán)節(jié)的電壓控制設備相互影響。目前采用的解決方法是要求DG的所有者減少DG的投切次數并將DG通過逆變器接入配電網以減小DG輸出的大幅度變化[5]。分布式發(fā)電在下列情況下可能引入諧波:l)分布式電源本身就是一個諧波源時;2)分布式發(fā)電經基于電力電子技術的逆變器接入配電網。分布式發(fā)電系統(tǒng)并入配電網時,還會帶來如電壓跌落、電壓脈沖、瞬時供

61、電中斷等動態(tài)電能質量問題。</p><p><b>　　(3)對網損的影響</b></p><p>　　分布式電源的并入會改變原有網絡的分布形式,線路潮流不再是單方向地從電源母線流向各個負荷,其大小和方向要取決于分布式電源的并網情況,因此線路損耗也較原來網絡發(fā)生改變。分布式電源一般在用戶側并網,因此它的接入會改變系統(tǒng)負荷分布,主要有3種情況:①分布式電源出力小于任何節(jié)

62、點的負荷量,此時分布式電源的引入使配電網中所有線路的損耗減小;②分布式電源出力仍然小于系統(tǒng)負荷總量,但并非所有負荷節(jié)點的負荷量都大于分布式電源出力,這種情況下分布式電源的的并網仍可以減少系統(tǒng)總損耗,但有可能導致某些線路網損增加;③分布式電源出力大于系統(tǒng)負荷總量,但并非所有負荷節(jié)點的負荷量都小于分布式電源出力,這種情況下分布式電源對系統(tǒng)損耗的影響要分情況討論,若Ps<PDG<2Ps。(PDG為分布式電源的總出力,Ps為系統(tǒng)負荷

63、總量),則分布式電源的并網對線路網損的影響與情況b相同,若PDG>2Ps,則會使線路網損增加[5、6]。由此可見,分布式發(fā)電可能增大也可能減小系統(tǒng)損耗,這不僅和負荷有關,同時還與分布式電源的容量和具體位置以及網絡的拓撲結構緊密相關。</p><p>　　(4)對系統(tǒng)繼電保護的影響</p><p>　　一般認為配電網中只有一個電源,當線路發(fā)生故障時,故障點的故障電流只由電源提供。當分布

64、式電源并網后,改變了配電網拓撲結構,使其變?yōu)槎嘣淳W絡,發(fā)生故障時,分布式電源也向故障點提供故障電流,使得故障電路大小和方向都發(fā)生改變,會導致原有的保護裝置發(fā)生誤動或拒動等,因此要改變線路保護裝置的配置。</p><p>　　(5)對系統(tǒng)可靠性的影響</p><p>　　分布式電源對系統(tǒng)的可靠性影響要視情況而定。當分布式電源作為備用電源,則對提高系統(tǒng)可靠性有利;當其和配網并網運行時,對系統(tǒng)可

65、靠性的影響取決于控制方式及其不同分布式電源的相互協(xié)調程度。本文將在第3章著重研究分布式電源接入后其對系統(tǒng)電壓分布的影響,在第4章將重點研究分布式發(fā)電帶來的電壓跌落問題。</p><p>　　2.2 配網潮流計算</p><p>　　2.2.1 基于前推回代算法的配電網潮流計算</p><p>　　本文所采用的配電網潮流計算方法是基于文獻[8、9、26]所提方法的。對

66、于輻射型網絡,前推回代法的基本原理是:(1)假定節(jié)點電壓不變,即令根節(jié)點為己知電壓幅值和相角的松弛節(jié)點,初始化所有節(jié)點的電壓,等于根節(jié)點的電壓;已知網絡末端功率,由網絡末端向首端的方向計算各支路功率損耗和功率,依此推算網絡中的線路功率分布,最終得到根節(jié)點注入功率;(2)假定支路功率不變,利用已知的根節(jié)點(電源節(jié)點)電壓,由網絡首端向末端計算各支路電壓損耗和節(jié)點電壓。如此不斷重復前推和回代兩個步驟,直至滿足收斂要求。前推回代法在每次前推迭

67、代中由網絡的電壓求得潮流分布,回代迭代中由功率分布推算電壓的分布。</p><p>　　2.2.2 網絡層次構造</p><p>　　配電網絡從拓撲結構上可看作是以電源點為根節(jié)點的樹狀結構。本文以一個12節(jié)點系統(tǒng)為例說明。圖2-1為一個12節(jié)點的樹狀網絡,其節(jié)點和支路編號為隨機編號,與網絡結構無關。</p><p>　　圖2-1 12節(jié)點樹狀網絡</p&g

68、t;<p>　　(1)形成支路層次矩陣L</p><p>　　矩陣L行表示支路層次,矩陣L的非零元素分別表示各層的支路號和節(jié)點號。圖2-l所示網絡中,支路共分為3層,即Ll~L3,支路5、6、9為第一層,支路1、2、3、7、8、10為第二層,支路4、11為第三層,因此其網絡層次矩陣L為:</p><p>　　(2)形成節(jié)點層次矩陣N</p><p>　

69、　如上描述,圖2-1的節(jié)點層次矩陣N為:</p><p>　　(3)形成支路層次關聯(lián)矩陣M</p><p>　　支路首節(jié)點矩陣F和支路末節(jié)點矩陣T是為了描述網絡中支路與節(jié)點的連接關系而建立的。矩陣F和T的列表示支路1-11,矩陣中各元素分別表示各支路對應的首、末節(jié)點號。所以矩陣F和矩陣T都是一維矩陣,元素個數等于支路數,第i個元素就是支路i的送端(受端)節(jié)點編號。圖2-1所示網絡中支路送端

70、節(jié)點矩陣F和受端節(jié)點矩陣T分別為:</p><p>　　在樹狀網絡結構中,只有第1層支路沒有上層支路,其余的每條支路都只有1條與其直接相連的上層支路,該支路的頭節(jié)點就是與其直接相連的上層支路的尾節(jié)點,根據矩陣F和矩陣T便可以很容易找到任意一條支路的上層支路,形成支路關聯(lián)矩陣M。若網絡支路數為b,則M為一個(bxb)的矩陣。當支路i與支路j直接相連,且支路i是支路j的下層支路,支路j是支路i的上層支路時,M第i行j

71、列元素為1,否則為O。例如在矩陣F中找到首節(jié)點為7的支路1,在矩陣E中找末節(jié)點為7的支路5,就可以得到支路1的上層支路是支路5,則矩陣M的第1行第5列元素就是1,其余為O。圖2-1的支路層次矩陣M可以表示為:</p><p>　　支路層次矩陣L和支路關聯(lián)矩陣M顯示了每條支路所處的層次和與這條支路直接相連的上下層支路。支路的電壓和功率可以利用這些信息,運用前推回代法計算出來。</p><p>

72、;　　2.2.3 分層前推回代法</p><p>　　前推時,每條支路的功率都由該支路的下一層支路功率決定;回代時,節(jié)點電壓都由上一層節(jié)點電壓決定。</p><p><b>　　(1)功率前推</b></p><p>　　圖2-1的支路i.潮流關系的計算公式為:</p><p><b>　　(2)電壓回代<

73、;/b></p><p>　　第1層回代到第L層,逐層更新支路受端節(jié)點的電壓,初始化根節(jié)點電壓,即第一層</p><p>　　支路的送端節(jié)點電壓始終為1。計算公式為:</p><p>　　計算各個負荷節(jié)點相鄰兩次迭代電壓幅值差最大值,若滿足收斂條件,則停止計算,輸出結果。本文取:ε=le-6,k=0。前推回代法潮流計算流程圖如圖2-2所示:開始—網絡結構分析—

74、輸入原始數據—計算各節(jié)點功率—計算各節(jié)點電壓。</p><p>　　圖2-2 前推回代法潮流計算流程圖</p><p>　　2.3 潮流計算下的分布式電源對配電網電壓的影響初探</p><p>　　本節(jié)通過潮流計算來初步分析分布式電源的接入對配電網電壓的影響。潮流程序利用matlabm文件編制。所用算例為IEEE33節(jié)點測試系統(tǒng),系統(tǒng)參數見文獻[12]。<

75、/p><p>　　圖2-3 33母線測試系統(tǒng)</p><p>　　要分析DG不同容量給系統(tǒng)電壓帶來的影響,首先我們考慮簡單情況,固定DG的位置和數量。目前分布式電源多是作為輔助電源支持配電網的,并非配電網供電的主體,加之綜合考慮分布式電源的運行成本及對配電網的影響,合理確定分布式電源個數。本節(jié)選定接入分布式電源的個數為2。在明確分布式電源接入數量的情況下,文獻[2]以配電網網損最小為目標

76、,以電壓不越限、有功功率和無功功率平衡為約束條件,運用遺傳算法求出分布式電源合理的接入位置與容量,本文利用文獻[11]得出的結果,通過改變容量或位置分析其對系統(tǒng)電壓的影響。</p><p>　　2.3.1 DG容量對電壓的影響</p><p>　　將DG放置在節(jié)點12和節(jié)點29,改變2個DG的出力(假定2個DG出力相同),可以隨機為總負荷的20%,40%,60%,80%,100%(保證同時

77、接入兩個DG)。功率因數取0.85,滯后。DG出力改變見表2-1。</p><p>　　表2-1 DG容量</p><p>　　Matlab仿真結果</p><p>　　圖2-4 DG容量不同對系統(tǒng)電壓的影響</p><p>　　由圖2-4可以看出,隨著DG容量的逐漸增加,節(jié)點電壓也在隨著DG的容量增加而升高。</p>&

78、lt;p>　　2.3.2 DG位置對電壓的影響</p><p>　　保持每個分布式電源出力不變只改變它們在網絡中的位置。根據文獻[3],選擇較合適的DG容量,約為總容量的40%。然后分別改變DG在系統(tǒng)中的接入位置,分析其對系統(tǒng)電壓的影響。為使結果更清晰,本次試驗只選用一個DG接入,接入位置選擇比較有代表性的,即系統(tǒng)的首部、中部和尾部。</p><p>　　表2-2 列出了DG的不同

79、接入位置。</p><p>　　Matlab仿真結果如圖2-5所示:</p><p>　　圖2-5 DG位置不同對系統(tǒng)電壓的影響</p><p>　　由圖2-5可以看出,總出力相同的分布式發(fā)電,分布在不同的位置,得到的電壓分布有較大的差異。DG越接近系統(tǒng)母線,如節(jié)點2,對線路電壓分布的影響越小;DG接入末端節(jié)點時,會造成該節(jié)點電壓局部升高過高,極有可能超過額定電壓

80、。DG接入饋線中部,如節(jié)點19,局部極大電壓在線路中部出現(xiàn)。</p><p>　　2.3.3 DG功率因數對電壓的影響</p><p>　　保持DG容量、位置都不變,即利用文獻「11]得出的網損最小的接法,接入節(jié)點12、29,容量為總負荷的40%,改變功率因數分析不同功率因數下的DG對系統(tǒng)電壓的影響。不同功率因數見表2-3。</p><p>　　表2-3 DG不同

81、功率因數</p><p>　　Matlab仿真結果如圖2-6所示: </p><p>　　圖2-6 DG功率因數不同對系統(tǒng)電壓的影響</p><p>　　由圖2-6可以看出,滯后功率因數對系統(tǒng)電壓的改善明顯要好于超前的功率因數。當DG以超前功率因數接入時,電壓變化不大,沒有起到改善電壓的作用,當功率因數為超前0.75時,甚至出現(xiàn)了電壓下降。</p>

82、<p><b>　　2.4 本章小結</b></p><p>　　分布式電源并網運行會對系統(tǒng)帶來重大影響,本章首先介紹了其并網需要解決的問題和其對配電網的影響。然后運用潮流程序進行分布式電源接入配電網后電壓分布的計算,對分布式電源接入輻射型配電網絡前后負荷節(jié)點電壓的變化進行了初步探究。由圖2-4、2-5、2-6可以看出一定容量的分布式電源接入配電網絡,會對饋線上的電壓分布產生重大

83、影響,而具體影響的大小,與分布式發(fā)電的總容量大小、接入位置及功率因數都有關。同時也可以看出分布式發(fā)電接入系統(tǒng)后,使得節(jié)點電壓被抬高,某些節(jié)點電壓嚴重超過上限,在實際運行當中會對用戶造成嚴重影響;而當分布式電源退出時,使得依靠DG支撐的饋線電壓下跌,同樣會帶來電能質量問題,所以DG并入配電網需要進行適當調壓。對分布式發(fā)電對配電網電壓的影響及其調壓問題將在第3章詳細分析。</p><p>　　3 分布式發(fā)電對配電網電

84、壓影響的仿真研究</p><p>　　第2章中已經利用潮流計算的方法在給定條件下,初步分析了分布式發(fā)電并網后對配電網系統(tǒng)電壓的影響,由于這些影響的大小又和分布式發(fā)電的容量、接入位置和功率因數有關,木章將分別考慮這三方面因素,利用仿真的方法,詳細分析這些因素對電壓的影響。</p><p>　　3.1 仿真模型的建立</p><p>　　3.1.1分布式發(fā)電的模型建立&

85、lt;/p><p>　　分布式電源接入系統(tǒng)時,根據其發(fā)電特性選用不同的并網技術。常用的并網方式有同步發(fā)電機并網和逆變器并網。本文的分布式電源采用同步發(fā)電機形式并網,同時設其出力恒定,即不隨負荷的變化而變化。由于本文涉及的分布式電源容量較小,故可將其以PQ結點形式并網。該同步發(fā)電機通過變壓器連接到配電網上,它可以表示一個分布式電源或在同一個節(jié)點連接的多個分布式電源[7]。</p><p>　　(

86、1)同步發(fā)電機原理</p><p>　　同步電機原理結構是:定子鐵心上嵌放三相對稱繞組稱為電樞,轉子是直流勵磁形式的恒定主磁場。同步發(fā)電機運行時,由原動機拖動轉子以n(r/min)的轉速旋轉,定子三相繞組切割旋轉的主極恒定磁場而感應電動勢EA、EB、Ec,該電動勢頻率f為:</p><p>　　式(3-l)表明,電機制成后,極對數p確定,則發(fā)電機電動勢頻率f與轉子轉速n成正比。所以改變原動

87、機轉速n可以改變發(fā)電機電動勢的頻率f(我國工業(yè)頻率規(guī)定為50Hz),所以產生50Hz的交流電,對不同極對數p的電機,要求的原動機轉速不同。這種發(fā)電機電動勢頻率f與轉速n之間有固定關系的特點,是同步電機的特征。</p><p>　　(2)同步發(fā)電機的并網</p><p>　　為避免投入并聯(lián)瞬間發(fā)生電流、功率以及電機內部機械力沖擊,投入并聯(lián)前,發(fā)電機應滿足下列條件:</p>&l

88、t;p>　　l)發(fā)電機電壓幅值與電網電壓幅值相等,且波形相同;</p><p>　　2)發(fā)電機電壓相位與電網電壓相位相同;</p><p>　　3)發(fā)電機電壓頻率與電網電壓頻率相等;</p><p>　　4)發(fā)電機三相電壓相序等于電網三相電壓相序。</p><p>　　四個條件中,“電壓波形是正弦形”制造廠已給予保證,三相相序己在出線上

89、標明(在規(guī)定轉向下)。這樣,投入并聯(lián)的操作,主要是調節(jié)發(fā)電機電壓大小、頻率和相位,即調節(jié)發(fā)電機勵磁電流以改變發(fā)電機電壓大小,調節(jié)原動機轉速以改變發(fā)電機電壓頻率及合問瞬間電壓的相位。</p><p>　　(3)并網后功率輸出</p><p>　　同步發(fā)電機電磁功率和電磁轉矩M是表征電機進行機電能量轉換能力的量,它們還可以表示為功率角的函數,稱為功角特性,或轉矩特性,用來分析發(fā)電機并網后功率輸

90、出關系。同步發(fā)電機在輸出一定的有功功率時,功率角也同時確定,隨著功率角的確定,發(fā)電機輸出的無功功率也是確定的。當勵磁電動勢E0和端電壓U確定時,發(fā)電機輸出的無功功率Q與功率角也有函數關系。調節(jié)發(fā)電機有功功率時,發(fā)電機提供的無功功率會自動相應變化,這種變化能否滿足負載對無功功率的需求,則不確定,為此要進行一定的無功調節(jié)。</p><p>　　(4)并網后功率調節(jié)</p><p>　　1) 有

91、功功率調節(jié):并網后的發(fā)電機能夠進行調節(jié)的量只有兩個:勵磁電流和原動機拖動轉矩。調節(jié)有功功率就要調節(jié)原動機輸入轉矩(功率),改變同步發(fā)電機功角在調節(jié)有功功率的過程中,由于功角的改變,即使勵磁電流不變,無功功率的輸出也有改變。</p><p>　　2) 無功功率調節(jié):通過調節(jié)勵磁電流,即改變勵磁電動勢E。,可以改變發(fā)電機輸出的無功功率。</p><p>　　3.1.2 配電網及負荷模型建立&l

92、t;/p><p>　　配電網的主要作用是分配電能,即將發(fā)電廠通過輸電網絡傳送來的電能分配給不同電壓等級的用戶。配電網按電壓等級可分為高壓配電網(35-110kV)、中壓配電網(6-10kV和低壓配電網(220-380V);按供電區(qū)的功能可分為城市配電網、農村配電網和工廠配電網[7]。本文配電網電壓等級為10kV。</p><p>　　饋線中不同位置分布有若干負荷。實際配電網中的負荷具有種類多,

93、隨機性大等特點,且負荷的有功和無功可能會隨時間發(fā)生改變,對于這樣的負荷一般較難確定其模型。為便于研究,木文所用負荷為恒功率靜態(tài)負荷模型;同時,假設負荷三相對稱;因電壓等級較低,配電線路長度較短,三相線路間的互感也不予考慮;所有線路阻抗均折合到系統(tǒng)電壓等級。對配網進行潮流分析時,雖然配電網絡拓撲結構隨實際情況不同而多變,但在我國城鄉(xiāng)配電系統(tǒng)中,仍以放射狀鏈式結構為主,這種結構的網絡具有接線可靠、保護整定容易、擴容簡單等優(yōu)點。本文研究的配網

94、的電壓等級為10KV,屬于中壓配電系統(tǒng),變電站的每一回10KV出線為一條饋線,同一條10KV母線可能會引出若干條饋線。一般情況下分布式電源容量較小,實際應用中也是多接入規(guī)模較小的配網系統(tǒng)。因此本文以單饋線為模型是可行的。單饋線模型為:沿饋線將每一集中負荷視為一個節(jié)點,將變電所的低壓母線編號為O,后面負荷節(jié)點依次編號為1,2,3,…i…m(m為負荷節(jié)點總數);節(jié)點i-1到節(jié)點i之間線路阻抗為Ri+jXi,,以變電所低壓母線電壓為參考電壓,

95、設為,并假定其恒定不變。本文所用饋線模型如圖3-1所示,SB</p><p>　　圖3-l 配電網饋線模型</p><p>　　表3-1 線路阻抗和節(jié)點負荷數據[10]</p><p>　　3.2 分布式電源對電壓影響仿真及分析</p><p>　　在第2.3中己經通過潮流程序初步得出了分布式電源的接入會對配電網電壓帶來影響。而這些影響的

96、大小又和分布式發(fā)電的容量、接入位置和功率因數有關,本節(jié)將詳細分析這些影響。</p><p>　　3.2.1 理論分析</p><p>　　設某線路總有功功率為PL,總無功功率為QL,共有m個節(jié)點。分布式電源的容量為。假設DG接入點為節(jié)點d,節(jié)點a、b分別為d點前后任意兩個節(jié)點,如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 饋線模型</p>&

97、lt;p>　　(1)由電力線路的電壓損耗理論,研究a點電壓</p><p>　　式中Ua為節(jié)點a的電壓;Ud為d的電壓;△U。為電壓降;節(jié)點a到節(jié)點d的線路阻抗;為節(jié)點a到節(jié)點b傳輸的總功率。當在d點接入容量為的分布式電源后,節(jié)點a到節(jié)點b傳輸的總功率變?yōu)?</p><p><b>　　整理得:</b></p><p>　　(2)節(jié)點b的

98、電壓為</p><p>　　式中Ub為節(jié)點b的電壓;△U。為電壓降;節(jié)點d到節(jié)點b的線路阻抗;為節(jié)點a到節(jié)點b傳輸的總功率。當在d點接入容量為的分布式電源后,未接入DG前一致。</p><p>　　分布式電源接入后,節(jié)點d的電壓為</p><p>　　由此可知,當分布式電源接入后,會使接入點的電壓升高,升高的值為</p><p>　　由上述分

99、析式可知，分布式電源接入某個節(jié)點d時,會使得接入點和接入點之前的節(jié)點電壓升高,升高值為 。而對于接入點之后的節(jié)點電壓沒有影響,但由于接入點電壓被提高,所以之后節(jié)點電壓也隨著提高,但電壓曲線和無DG時一致。由以上分析知,當分布式電源接入后,節(jié)點電壓的變化主要由分布式電源的容量、接入位置、功率因數這3個因數有關。具體的接入方式要按實際情況分析,并不是容量越大越好。以下對分布式電源接入后對系統(tǒng)的網損做簡單分析。</p><

100、p>　　為方便分析,利用如圖3-3所示的簡單線路模型。</p><p>　　圖3-3 簡單線路模型</p><p>　　未在d點接入分布式電源時,流入負荷電流為:</p><p><b>　　此時線路的損耗為:</b></p><p><b>　　式中R為線路電阻。</b></p&g

101、t;<p>　　當容量為的分布式電源接入節(jié)點d時,分布式電源輸出的電流為:</p><p>　　接入分布式電源后,按DG接入系統(tǒng)的位置可以將饋線上的損耗分為2部分:第一部分為電源和DG間的系統(tǒng)損耗,第二部分是DG和負荷間的系統(tǒng)損耗。</p><p><b>　　由圖3-3知,</b></p><p><b>　　則第一部

102、分損耗為:</b></p><p>　　式中Rm為DG接入點之前的線路電阻。</p><p>　　由于接入DG前后負荷側電流不發(fā)生變化,所以第二部分損耗為:</p><p>　　式中Rn為DG接入點之后的線路電阻。</p><p>　　由上述公式可知,當DG接入后,系統(tǒng)的損耗變?yōu)?</p><p>　　由此

103、可以得出DG接入系統(tǒng)后,對系統(tǒng)網損的影響量為:</p><p><b>　　整理得:</b></p><p>　　由上述可知,接入分布式電源對網損的影響也與其接入容量、位置和運行方式有關。當分布式電源容量較小時,即遠小于系統(tǒng)總負荷時,△L此可近似看做一條單調遞減的線段。若接入位置一定,即Rm一定時,分布式電源容量越大,系統(tǒng)網損越小;若分布式電源容量一定,則接入位置距離

104、母線位置越遠,網損降低越多。但當分布式電源容量大于某個值時,DG接入不同位置的網絡損耗變?yōu)閁型,因此應盡量將分布式電源配置在母線附近合適的位置,否則可能會增大網損,從而導致電壓下降。當分布式電源放置在配電網的前端時,網損曲線為一條拋物線。當DG的有功輸出小于負荷量時,增加DG有功輸出可以減少配電網的網損,但隨著DG容量的增加,減少程度是趨向于飽和的;而當DG的有功輸出大于負荷量但小于2倍的負荷量時,再增加DG的有功輸出,雖然網損總量仍處

105、于減少狀態(tài),但網損減少率開始下降,因為此時DG不僅為負荷提供電量,還反向向上一級電網輸出功率,此時配網潮流逆向,流向電源;在DG有功輸出大于2倍的負荷容量時,再增加DG有功輸出將使配電網的網損增加[23]。以上理論分析中,將DG簡化看作“負負荷”,分析了其對電壓的影響。但在實際應用中,DG并非單純的“負</p><p>　　3.2.2 分布式電源容量對電壓分布的影響</p><p>　　當

106、DG容量不同時,DG對電網電壓的影響也不同。令DG其他運行條件形同,容量取表3-2中數據,觀察饋線電壓曲線的變化。DG容量分別取為總負荷的20%,40%,60%,80%,100%?？側萘繛?963KW。DG功率因數取為0.9,滯后(無功為正)。</p><p>　　表3-2 DG容量及出力比值</p><p>　　為了比較全面,分布式電源分別安裝在系統(tǒng)的前、中、后三個位置,選擇為節(jié)點3,