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畢業(yè)論文分布式電源對(duì)縣級(jí)配電網(wǎng)電壓水平影響的研究-在線瀏覽

2024-09-18 15:15本頁(yè)面
  

【正文】 能等發(fā)電形式 。目前 ,水力發(fā)電、生物質(zhì) 能發(fā)電屬于比較成熟的技術(shù) ,而風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、太陽熱發(fā)電、地?zé)峒俺毕l(fā)電等都屬于新興的發(fā)電技術(shù)。若 DG 是旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機(jī) ,直接發(fā)出工頻交流電則可直接并網(wǎng) ,例如小型燃?xì)廨啓C(jī)組發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、水力發(fā)電、太陽能發(fā)電等都是旋轉(zhuǎn)型發(fā)電機(jī)形式 。 研究的背景及意義 現(xiàn)在全世界的供電系統(tǒng)是以大機(jī)組、大電網(wǎng)、高電壓為主要特征的集中式單一供電系統(tǒng)。由于大電網(wǎng)中任何一點(diǎn)產(chǎn)生的故障都有可能對(duì)整個(gè)電網(wǎng)造成較大影響,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起大面積停電甚至是全網(wǎng)崩潰,造成災(zāi)難性后果,這樣的事故在國(guó)外時(shí)有發(fā)生,而且這種大電網(wǎng)又極易受到戰(zhàn)爭(zhēng)或恐怖勢(shì)力的 破壞,一般的軍事打擊都把摧毀大電廠或電站作為主要目標(biāo)之一,一旦大電網(wǎng)受到破壞將嚴(yán)重危害國(guó)家的安全 [6],另外集中式大電網(wǎng)還不能很好的解決跟蹤電力負(fù)荷變化的問題,而為了短暫的峰荷建造發(fā)電廠其花費(fèi)是巨大的,經(jīng)濟(jì)效益也非常低。 集中式與分布式有機(jī)結(jié)合 21 世紀(jì)能源工業(yè)的重要發(fā)展方向。而在我國(guó),隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展,我國(guó)集中式供電網(wǎng)的規(guī)模迅速膨脹。由于各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展很不平衡,對(duì)于廣大經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū)來說,特別是農(nóng)牧地區(qū)和偏遠(yuǎn)山區(qū),要形成一定規(guī)模的、強(qiáng)大的集中式供配電網(wǎng)需要巨額的投資和很長(zhǎng)的時(shí)間周期,能源供應(yīng)嚴(yán)重制約這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在我國(guó)西北部廣大農(nóng)村地區(qū)風(fēng)力資源十分豐富,比如內(nèi)蒙古已經(jīng)形成了年發(fā)電量 1 億千瓦時(shí)的電量,除自用外,還可送往北京地區(qū),這種無污染綠色能源可以減輕當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境污染。因此,應(yīng)引起足夠的重視。但是就目前而言,總體上縣域配電網(wǎng)絡(luò)仍然存在以下問題:① 電源點(diǎn)不足且分布不合理,導(dǎo)致供電半徑大。 ② 設(shè)備陳舊、技術(shù)落后、線路故障率高、供電可靠性降低。線徑小,設(shè)備運(yùn)行年限長(zhǎng),自動(dòng)化程度低,特殊天氣故障率高。尤其下戶線易燒斷,導(dǎo)致一系列的維修量增加、維修時(shí)間增4 長(zhǎng),安全性得不到保障。目前,縣級(jí)城區(qū)供電線路交叉較多,供電范圍不能分片、分區(qū)供電。 ④ 公用配電變壓器負(fù)荷重、配電網(wǎng)無功補(bǔ)償不足、電壓質(zhì)量差。無功補(bǔ)償方面,在城區(qū)無論是 10kV 線路或是低壓線路,無功補(bǔ)償都較少,另外自動(dòng)投切型無功補(bǔ)償裝置尚未被廣泛應(yīng)用,因而系統(tǒng)功率因數(shù)相對(duì)較低,對(duì)城區(qū)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。潮流計(jì)算是電力系統(tǒng)分析的基礎(chǔ),對(duì)于一個(gè)新出現(xiàn)的系統(tǒng),必須在考慮新的元件,新的問題的前提下,改進(jìn)傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)潮流算法,以得到適用于新系統(tǒng)的潮流算法,使之能準(zhǔn)確,方便的為新系統(tǒng)的分析所運(yùn)用。許多文獻(xiàn)從不同的角度嘗試對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行了分析,也積累了許多經(jīng)驗(yàn)。一般的簡(jiǎn)化處理有,將同步發(fā)電機(jī)處理成如 PQ 節(jié)點(diǎn),即用一個(gè)三相平衡的電壓源接同步發(fā)電機(jī)三相阻抗所形成的功率輸出恒定的模型,而在能處理 PV 節(jié)點(diǎn)的算法中,也可以將 其直接處理成有功輸出和電壓幅值恒定的 PV 節(jié)點(diǎn);而對(duì)異步發(fā)電機(jī),雖然其吸收的無功是隨該點(diǎn)的電壓幅值而改變的,但在配電網(wǎng)中,各點(diǎn)的電壓標(biāo)幺值基本都在 附近,因此可以近似認(rèn)為異步發(fā)電機(jī)的吸收無功恒定,將其處理成 PQ 節(jié)點(diǎn)。文獻(xiàn) [10]將同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)都看成 PQ 節(jié)點(diǎn),形成了適用于潮流計(jì)算和短路電流計(jì)算的模型,值得一提的是,該文是5 第一篇考慮了三相不平衡問題的關(guān)于分布式發(fā)電系統(tǒng)潮流問題的文章。文獻(xiàn) [12]是在這時(shí)期的文獻(xiàn)中,分析的分布式電源類型較全的一篇,文中分別對(duì)同步發(fā)電機(jī),異步發(fā)電機(jī)和與電力電子裝置相連的分布式電源進(jìn)行建模,根據(jù)所在節(jié)點(diǎn)的電壓值,計(jì)算出參與迭代的節(jié)點(diǎn)功率值,將分布式電源近似處理成 PQ 節(jié)點(diǎn),并且考慮到分布式發(fā)電系統(tǒng)中出現(xiàn)的逆向潮流,增加了對(duì)適用于逆向潮流的電壓調(diào)節(jié)器的建模,最后用前推 回代法實(shí)現(xiàn)了單相潮流的計(jì)算。具體影響的大小 ,與分布式發(fā)電的總?cè)萘看笮 ⒔尤胛恢眉肮β室驍?shù)有關(guān)。接入 DG 后 ,在穩(wěn)態(tài)情況下 ,由于饋線上的傳輸功率減少以及 DG 輸出的無功支持 ,使得沿饋線的各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的電壓有所提高。 以往的研究方法 隨著分布式電源在電力系統(tǒng)中所占比例的不斷擴(kuò)大 ,研究分布式發(fā)電對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的影響勢(shì)在必行。 具體有: ( 1)牛頓類配電網(wǎng)潮流計(jì)算方法 牛頓類潮流計(jì)算方法主要有牛頓 拉夫遜潮流計(jì)算方法和快速分解潮流計(jì)算方法。 6 當(dāng)以節(jié)點(diǎn)功率為注入量時(shí),潮流方程為一組線性方程,牛頓法為求解非線性組最有 效的方法之一。 PJQUPPQJQ QU???? ? ?? ? ? ??? ?? ? ? ???? ? ? ? ?????????????? ????? ?????? ???? ( 12) 式中: P? , Q? 為潮流方程的殘差向 量, ?? , U? 為母線的電壓修正量, J為雅克比矩陣。 1974 年 Stott 發(fā)現(xiàn)在各種 PQ解耦方法中,有功相角修正方程的系數(shù)矩陣用 B? 代替,無功電壓修正方程的系數(shù)矩陣用 B?? 代替,有功無功功率偏差都用電壓幅值去除,這種版本的算法收斂性最好 [19]。 Stott 稱這種方法為快速分解法,快速分解法潮流迭代公式可以寫為: 1111139。 ( , )39。 Zbus 算法如下: 1)計(jì)算當(dāng)根節(jié)點(diǎn)獨(dú)立作用于整個(gè)配電網(wǎng) 而且所有的等值注入都斷開的情況下,母線 j的電壓: 7 , 0 ,39。 2)計(jì)算母線 j的等值注入電流 I”j 3)計(jì)算只有等值注入電流作用時(shí)的母線電壓: 39。 39。U ZI? (15) 4)應(yīng)用迭加原理: 39。39。 ,1 , 2 ,39。 , ..., 39。 ( 3) 支路類配電網(wǎng)潮流計(jì)算方法 基于支路類的潮流計(jì)算方法: 在輻射狀的配電子網(wǎng)中,對(duì)于支路 bj 有: ()j i j j jU U I R jX? ? ? () 如果支路 bj 的末點(diǎn) Vj為末梢點(diǎn),則該支路的電流 Ij等于流過末梢點(diǎn)的電流,也即等于該末梢點(diǎn)的電流,即等于該末梢點(diǎn)的負(fù)荷電流 IL,j 即: ,j L jII? () 節(jié)點(diǎn) vj的符合電流 IL,j 可表示為: , L j L jLjjP jQI U?? () 式中: PL,jjQL,j 為節(jié)點(diǎn) vj 復(fù)荷功率的共軛; Uj為節(jié)點(diǎn) vj 電壓的共軛。由末梢點(diǎn)向電源遞推就可以得到各支路的電流,再?gòu)碾娫袋c(diǎn)向末梢點(diǎn)回推就可以求得各節(jié)點(diǎn)電壓。 9 2 分布式發(fā)電對(duì)縣級(jí)配電網(wǎng)的電壓影響 分布式發(fā)電的并網(wǎng)問題 分布式電源 大部分都直接與地區(qū)電網(wǎng)相連 , 地區(qū)電網(wǎng)要容納各種形式的分布式 電源,因 性能差異、容量不同、并網(wǎng)點(diǎn)不同、并網(wǎng)方式不同 對(duì)地區(qū)電網(wǎng)會(huì)造成不同影響,會(huì)存在幾個(gè)方面問題,具體如下 : ( 1) 并網(wǎng)后的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行分析與控制 。 ( 3) 并網(wǎng)后的動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量控制 。 ( 5)無功優(yōu)化 。 ( 7) 電力市場(chǎng)環(huán)境 。由于各分布式電源的出力方式和控制特性各不相同 ,例如風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等電源出力具有隨機(jī)性 ,導(dǎo)致潮流的方向變化不定 ,己有確定性潮流不能描述電網(wǎng)的特征 ,必須建立各種分布式電源和負(fù)荷的概率模型 ,研究并網(wǎng)潮流的概率特性和概率潮流計(jì)算方法 ,建立新的電網(wǎng)分析與控制方法。 ② 大量分布式電源接入電網(wǎng)后會(huì)帶來電能質(zhì)量問題 ,例如電壓波動(dòng)、諧波等 ,同時(shí)分布式電源會(huì)改變無功功率的分布 ,使得現(xiàn)有電壓 /無功控制手段己經(jīng)不能滿足要求。 ③ 當(dāng)分布式發(fā)電處于孤島運(yùn)行狀態(tài)下時(shí) ,發(fā)電和供電產(chǎn)生不平衡 ,且孤島電網(wǎng)中沒有電壓、頻率控制 ,用戶得到的電壓和頻率會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重波動(dòng) ,可能引起用戶設(shè)備損壞。此外分布式電源孤島運(yùn)行時(shí)可能與系統(tǒng)不同步 ,重新并入電網(wǎng)時(shí)的同步控制也是研究重點(diǎn)。如何使分布式 電源并網(wǎng)后達(dá)到最優(yōu)目標(biāo) ,和分布式發(fā)電容量及負(fù)荷有關(guān)。 并網(wǎng)后的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行分析與控制 : ① 由于分布式發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行增加了地區(qū)電網(wǎng)中感應(yīng)電機(jī)的數(shù)量 ,同時(shí)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷增多 ,使得地區(qū)電網(wǎng)發(fā)生故障后可能會(huì)失去電壓穩(wěn)定 ,在控制和保護(hù)不完善時(shí)更容易發(fā)生。這種情況下 ,如果在電網(wǎng)處于峰荷期間 ,可能會(huì)因?yàn)樾〉臄_動(dòng)而引起分布式電源失去功角穩(wěn)定。 ③ 在分布式電壓并網(wǎng)前需要進(jìn)行靜態(tài)安全分析。 并網(wǎng)后的 繼電保護(hù) 分布式發(fā)電并網(wǎng)后 ,會(huì)改變系統(tǒng)短路容量 ,使原有的繼電保護(hù)配置與保護(hù)方式不再適用 ,因此需要改變?cè)欣^電保護(hù)方式或采取其他措施與原有保護(hù)裝置配合 ,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行方式變化后繼電保護(hù)再整定。 含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃 分布式發(fā)電的類型與規(guī)模多種多樣 ,運(yùn)行特性也各不相同 ,從而對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響也不同 ,因此必須對(duì)分布式發(fā)電的類型、位置、容量進(jìn)行規(guī)劃 ,綜合考慮系統(tǒng)網(wǎng)損、電壓、 繼電保護(hù)等方面 ,使電網(wǎng)的綜合性能達(dá)到最優(yōu)。新的控制裝置如 SVC、 STATCOM、11 SSSC、 VSCHVDC 等可被用來調(diào)節(jié)分布式電源并網(wǎng)后的無功和電壓。 電力市場(chǎng)環(huán)境 各種分布式電源成本不同 ,品質(zhì)各異 ,并網(wǎng)后將對(duì)地區(qū)電網(wǎng)的運(yùn) 營(yíng)產(chǎn)生很大影響 ,會(huì)改變電力交易方式 :① 需要制定其與電網(wǎng)之間的供購(gòu)電計(jì)劃 。② 由于分布式發(fā)電技術(shù)仍處于研究初期 ,其成本依舊偏高 ,并網(wǎng)運(yùn)行后也會(huì)給電網(wǎng)帶來一些負(fù)面影響 ,因此要建立起一套合理的電價(jià)體制和市場(chǎng)服務(wù)體制 ,既可以鼓勵(lì)發(fā)展分布式發(fā)電技術(shù) ,尤其是利用綠色能源的分布式發(fā)電技術(shù) ,同時(shí)也不損害電力公司 的利益 ,實(shí)現(xiàn)地區(qū)電網(wǎng)和分布式發(fā)電的和諧發(fā)展。② 分布式發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行 ,但與地區(qū)電網(wǎng)之間有自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置 ,在必要時(shí)支撐地區(qū)電網(wǎng) 。④ 分布式發(fā)電系統(tǒng)與地區(qū)電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行 ,并向地區(qū)電網(wǎng)輸出電能。 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(wǎng)運(yùn)行或采取獨(dú)立運(yùn)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(shì) [6]。 對(duì)電壓分布的影響 傳統(tǒng)配電系統(tǒng)為單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò) ,正常運(yùn)行狀況下 ,沿饋線潮流方向 ,電壓逐漸降低。實(shí)際運(yùn)行中 ,負(fù)荷的有功功率與無功功率往往不是固定不變的。有功12 與無功負(fù)荷隨時(shí)間的變化會(huì)引起系統(tǒng)電壓波動(dòng) ,朝線路末端方向 ,電壓的波動(dòng)越來越大。分布式發(fā)電接入系統(tǒng)后 ,會(huì)增大或減少這種變化量。 對(duì)電能質(zhì)量的影響 分布式發(fā)電并入配電網(wǎng)后 ,也會(huì)對(duì)系統(tǒng)帶來負(fù)面的影響 ,例如各種擾動(dòng) ,從而對(duì)系統(tǒng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。分布式發(fā)電在下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 。3)分布式發(fā)電系統(tǒng)和反饋環(huán)節(jié)的電壓控制設(shè)備相互影響。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(gè)諧波源時(shí) 。分布式發(fā)電系統(tǒng)并入配電網(wǎng)時(shí) ,還會(huì)帶來如電壓跌落、電壓脈沖、瞬時(shí)供電中斷等動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問題。分布式電源一般在用戶側(cè)并網(wǎng) ,因此它的接入會(huì)改變系統(tǒng)負(fù)荷分布 ,主要有 3 種情況 :① 分布式電源出力小于任何節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷量 ,此時(shí)分布式電源的引入使配電網(wǎng)中所有線路的損耗減小 。③ 分布式電源出力大于系統(tǒng)負(fù)荷總量 ,但并非所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷量都小于分布式電源出力 ,這種情況下分布式電源對(duì)系統(tǒng)損耗的影響要分情況討論 ,若 PsPDG2Ps。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(fù)荷有關(guān) ,同時(shí)還與分布式電源的容量和具體位置以及網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。當(dāng)分布式電源并網(wǎng)后 ,改變了配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ,使其變?yōu)槎嘣淳W(wǎng)絡(luò) ,發(fā)生故障時(shí) ,13 分布式電源也向故障點(diǎn)提供故障電流 ,使得故障電路大小和方向都發(fā)生改變 ,會(huì)導(dǎo)致原有的保護(hù)裝置發(fā) 生誤動(dòng)或拒動(dòng)等 ,因此要改變線路保護(hù)裝置的配置。當(dāng)分布式電源作為備用電源 ,則對(duì)提高系統(tǒng)可靠性有利 。 分布式發(fā)電 的潮流計(jì)算 基于前推回代算法的配電網(wǎng)潮流計(jì)算 對(duì)于輻射型網(wǎng)絡(luò) ,前推回代法的基本原理是 :(1)假定節(jié)點(diǎn)電壓不變 ,即令根節(jié)點(diǎn)為己知電壓幅值和相角的松弛節(jié)點(diǎn) ,初始化所有節(jié)點(diǎn)的電壓 ,等于根節(jié)點(diǎn)的電壓 。(2)假定支路功率不變 ,利用已知的根節(jié)點(diǎn) (電源節(jié)點(diǎn) )電壓 ,由網(wǎng)絡(luò)首端向末端計(jì)算各支路電壓損耗和節(jié)點(diǎn)電壓。前推回代法在每次前推迭代中由網(wǎng)絡(luò)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。本文以一個(gè) 12 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例說明。 14 圖 21 12 節(jié)點(diǎn)樹狀網(wǎng)絡(luò) (1)形成支路層次矩陣 L 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(hào)和節(jié)點(diǎn)號(hào)。矩陣 F 和 T 的列表示支路 111,矩陣中各元素分別表示各支路對(duì)應(yīng)的首、末節(jié)點(diǎn)號(hào)。圖 21所示網(wǎng)絡(luò)中支路送端節(jié)點(diǎn)矩陣 F 和受端節(jié)點(diǎn)矩陣 T 分別為 : 15 在樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(diǎn)就是與其直接相連的上層支路的尾節(jié)點(diǎn) ,根據(jù)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(guān)聯(lián)矩陣 M。當(dāng)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(shí) ,M 第 i行 j列元素為 1,否則為 O。圖21的支路層次矩陣 M 可以表示為 : 支路層次矩陣 L和支路關(guān)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
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