毕业论文分布式电源对县级配电网电压水平影响的研究2.docx

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毕业论文分布式电源对县级配电网电压水平影响的研究2

毕业论文

题目分布式电源对县级配电网电压水平影响的研究

专业：

电气工程及其自动化

学院：

电气工程学院

年级：

学习形式：

学号：

论文作者：

指导教师

职称：

完成时间：

摘要

现行分布式发电常与配电网并网运行,研究其并网对原有配电系统的影响有助于其安全、可靠、高效的并网。

如何将分布式发电安全可靠地并入配电系统,直接关系到分布式发电的价值。

而并网后对电压的影响将直接影响其供电质量和系统稳定。

因此对其并网后对系统电压的影响研究就显得非常重要。

关键词：

分布式发电；配电网；电压影响

Abstract

Distributedgenerationisoftenassociatedwiththeexistingdistributionnetwork,thereforethestudyoftheeffectofdistributedgenerationonoriginaldistributionsystemcancontributetoitssafe,reliableandefficientconnectionwiththedistributionnetwork.Howtojointhedistributiongenerationintothedistributionnetworksafelyandreliablyisdirectlyrelatedtothevalueofdistributedgeneration.TheimpactofvoltageofsystemwilldirectlyaffectqualityofPowersupplyandsystemstabilityastheinjectionofdistributedgeneration.Therefore,thestudyoftheimpactofvoltagebecomesimportantaftertheinjectionofdistributedgeneration.

Keywords:

DistributedGeneration;DistributionSystem;VoltageProfile

摘要.............................................................................................................................................

Abstract.......................................................................................................................................

目录............................................................................................................................................

1绪论.........................................................................................................................................1

1.1引言..............................................................................................................................1

1.2课题研究的意义..........................................................................................................1

1.2.1分布式电源的概念...........................................................................................1

1.2.2分布式发电的种类...........................................................................................2

1.2.3县域配电网的现状...........................................................................................3

1.2.4木课题国内外研究现状...................................................................................4

2分布式发电对县级配电网的电压影响.................................................................................6

2.1分布式发电的并网及其对配电网的影响..................................................................6

2.1.1分布式发电的并网问题...................................................................................6

2.1.2分布式发电对配电网的影响...........................................................................8

2.2配网潮流计算.............................................................................................................10

2.2.1基于前推回代算法的配电网潮流计算..........................................................10

2.2.2网络层次构造..................................................................................................10

2.2.3分层前推回代法..............................................................................................12

2.3潮流计算下的分布式电源对配电网电压的影响初探.............................................13

2.3.1DG容量对电压的影响....................................................................................14

2.3.2DG位置对电压的影响....................................................................................15

2.3.3DG功率因数对电压的影响............................................................................16

2.4本章小结....................................................................................................................17

3分布式发电对县级配电网电压影响的仿真研究................................................................18

3.1仿真模型的建立.........................................................................................................18

3.1.1分布式发电的模型建立..................................................................................18

3.1.2配电网及负荷模型建立..................................................................................19

3.2分布式电源对电压影响仿真及分析.........................................................................21

3.2.1理论分析..........................................................................................................21

3.2.2分布式电源容量对电压分布的影响..............................................................25

3.2.3分布式电源位置对电压分布的影响..............................................................26

3.2.4分布式电源功率因数对电压分布的影响......................................................28

3.3分布式发电并网的调压仿真及分析.........................................................................29

3.3.1无功补偿及电压调整方法..............................................................................30

3.3.2无功补偿装置..................................................................................................32

3.3.3分布式发电并网调压的仿真分析..................................................................33

3.4本章小节.....................................................................................................................37

4结论........................................................................................................................................38

参考文献...................................................................................................................................39

致谢...........................................................................................................................................41

1绪论

1.1引言

现在全世界供电系统是以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式单一供电系统，当前该系统的不足与缺陷日益明显:

1、偏远地区的供配电网络建设费用高,时间周期长,往往不能进行理想供电；2、不能快速适应负荷的变化,如冬季取暖设备的激增会导致电力供应短时不足,而这种负荷属于阶段性短时负荷,专门为其建造发输电设施是不现实的。

同时现代电器的多样化使得电网负荷变化率增大,导致原有电网的利用率下降；3、对于互联大电网系统,局部事故极易扩散,对系统安全稳定性产生严重威胁；4、大电网系统对资源需求大,对环境影响大,在当今能源紧缺、环境污染严重的全球大环境下,如何有效使用能源,保护环境,实现可持续发展以成为电力系统发展的重要方向之一[15、16]。

与常规大电厂集中供电系统相比，分布式能源系统是对大电网的有益补充，可以就地供应，具有低的能源损失，补充大电网在负荷高峰时的供电能力，可以弥补大电网在局部地区和特殊情况下的安全稳定性不足，在意外灾害发生时继续供电；土建与安装成本低，能量输送投资很少，可以满足某些用户特殊性的要求，可在农村、牧区、山区供电供热，大大地减少输电线路的建设；适合于多种热电比的变化，可灵活地根据热、电需求进行调节，减少以电力来转换到低品位热、冷应用而造成的能源转换浪费，设备利用小时高；可为电力、热力、燃气、制冷、环境、交通等多系统实现优化整合提供技术支持。

分布式发电（DistributedGeneration,简称DG）技术正是基于上述原因而成为电力系统新的研究热点并定会在未来电力系统中发挥重大作用。

1.2课题研究的意义

1.2.1分布式电源的概念

分布式电源一般是指支持已有的配电网经济运行，为满足某些终端用户的需求，而设计和安装在用户侧附近的小型发电机组。

分布式电源的规模一般不大，与公共电网相对独立。

其以天然气、沼气、生物质气和轻油等作为燃料，无需通过电网输送，利用管网和电缆系统向特定区域内同时直供电力、蒸汽、热水和冷气，实现热、电、冷三联供。

分布式电源提高了供电服务的可靠性和电能质量，同时又具有环境友好型，资源节约等特点，将成为新世纪重要的能源选择。

分布式电源是一种新型的、很有发展前途的发电和能源综合利用方式。

其技术与大电网相比有其独特的优势，能够在提高经济效益的同时，减少土地占用，而且还具有良好的环保性能，另外分布式供电可以作为备用发电、远程或者独立发电。

现今世界的发展潮流也倾向于大电网系统和分布式电源技术相结合的这种节省投资、降低能耗、提高系统安全性和灵活性的方法，发展分布式电源技术的。

1.2.2分布式发电的种类

分布式发电的分类方式在不同领域有所不同。

一般根据DG的技术类型、所用的一次能源及并网的接口技术进行分类。

（1）按所用发电能源：

按发电能源可将分布式发电技术分为两类:

一类为利用可再生能源的DG,主要包括太阳能光伏、风能、地热能、海洋能等发电形式;另一类为利用不可再生能源的DG,主要包括内燃机、热电联产、燃动机、微型燃气轮机、燃料电池等发电形式。

目前,水力发电、生物质能发电属于比较成熟的技术,而风力发电、光伏发电、太阳热发电、地热及潮汐发电等都属于新兴的发电技术。

（2）并网接口技术：

若DG与电力系统相联,则可以根据DG并网技术的类型分类,即直接与电力系统联接（机电式）和通过逆变器与系统联接两大类。

若DG是旋转式发电机,直接发出工频交流电则可直接并网,例如小型燃气轮机组发电、地热发电、水力发电、太阳能发电等都是旋转型发电机形式;而逆变器型DG通常指的是将直流电经逆变器得到交流电再并网的DG（如风力发电、光伏发电、燃料电池及各种储能技术）和发出高频交流电的DG（微透平机组）。

分布式发电的分类见表1-1。

表1-1分布式发电的分类

1.2.3县城配电网的现状

近几年国家持续对县域配电网的改造进行投入，使得部分县城配电网的安全及供电可靠性有了很大的提高。

但是就目前而言，总体上县域配电网络仍然存在以下问题：

（1）电源点不足且分布不合理，导致供电半径大。

由于早期整体规划不合理造成10kV配电网的布局和电源点位置不合理，随着城区建设发展，用户数量和负荷的日益增加，配电网不断延伸和扩展，导致电源点与负荷中心产生偏离，对城市配电网在供电运行的经济性与质量造成严重影响。

（2）设备陈旧、技术落后、线路故障率高、供电可靠性降低。

城区配网线路基本上是架空线路，以架空裸导线为主。

线径小，设备运行年限长，自动化程度低，特殊天气故障率高。

尤其是低压线路，问题突出，像线径小、分支乱、供电半径长等。

尤其下户线易烧断，导致一系列的维修量增加、维修时间增长，安全性得不到保障。

（3）供电范围不明显、互送能力差、同杆架设回路数多、停电范围大且时间长、重复建设严重、管理比较困难。

目前，县级城区供电线路交叉较多，供电范围不能分片、分区供电。

线路之间互导能力差，只能进行一些范围小、负荷轻的简单操作，尤其是变电所出线部分，由于回路数过多，若发生设备故障或遇到检修情况，会导致网络供电区域长时间、大面积的停电情况。

（4）公用配电变压器负荷重、配电网无功补偿不足、电压质量差。

目前县级地区公用配电变压器容量大多为杆上400kVA配变，小区基本上是各类箱式变压器，容量最大不超过800kVA，有的公用配变下用户数较多，使部分公用配变超负荷运行，造成电压质量差，甚至烧毁变压器。

无功补偿方面，在城区无论是10kV线路或是低压线路，无功补偿都较少，另外自动投切型无功补偿装置尚未被广泛应用，因而系统功率因数相对较低，对城区电网的经济运行造成严重影响。

如上述，因县域配电网络本身就一个尚待完善的供电网络，使得分布式电源接入配网这么一个原本就不简单的问题，更加复杂化。

1.2.4类似课题国内外研究现状

分布式发电在世界各国蓬勃发展。

在欧美等发达国家,随着能源市场放松管制以及可持续发展战略的实施,分布式发电系统得到迅猛的发展;我国随着发电侧竞争机制的建立、“西气东送”工程的实施等,也为分布式发电系统的发展提供了机遇[1]。

国内外很多专家学者致力于对DG的研究。

例如分布式发电的并网接口技术、控制方式、对系统电压分布的影响、对系统故障电流的影响、对系统电能质量的影响、对系统可靠性的影响、并网规划、分布式发电系统中控制和通信技术、DG孤岛运行等各方面。

本文主要研究分布式电源的接入对县域电网电压的影响。

文献[19]提出利用短路比和刚性率来评估分布式电源对配网供电电压质量影响的方法,具体分析旋转型分布式电源和逆变型分布式电源对系统供电电压的不同影响。

但其重点关注了分布式电源并网的控制方式,而对其位置和容量没有具体分析。

文献[20]提出一种算法,以电网损耗最小和电压不越限为目标,来确定分布式发电在配电网中的合适的位置。

但其中没有涉及到DG的容量及运行模式。

文献[21]概述了关于DG并网后对系统暂态稳定的影响。

分析了目前为研究高渗透率DG的系统的暂态稳定所采用的动态模型的精度和有效性。

文献[22]针对含有DG的辐射状配电网络提出了一种无功功率和有功功率优化的方式来提高电压指标。

以电压调整、电压稳定和减少网络损耗为目标,利用遗传算法对DG的容量和安装位置做出优化。

2分布式发电对县级配电网的电压影响

分布式发电与配电网并网运行会使原有网络的运行特性发生改变。

木章介绍了分布式发电的并网问题及其对配电系统的影响,最后利用基于前推回代法编制的潮流程序对其并网后对系统电压的影响做了初步分析。

2.1分布式发电的并网及其对配电网的影响

2.1.1分布式发电的并网问题

分布式发电技术中,大部分都直接与地区电网相连。

因此地区电网要容纳各种形式的分布式发电技术:

性能差异、容量不同、并网点不同、并网方式不同,因此如何保证并网后电网安全、稳定、可靠、经济的运行,是研究分布式发电的一个重要方面。

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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