分布式电源对县级配电网电压水平影响的研究毕业论文(编辑修改稿)

分布式电源对县级配电网电压水平影响的研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

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 第 10 页 量和具体位置以及网络的拓扑结构紧密相关。 (4)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 ,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。 (5)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。 本文将在第 3章着重研究分布式电源接入后其对系统电压分布的影响 ,在第 4章将重点研究分布式发电带来的电压跌落问题。 配网潮流计算 基于前推回代算法的配电网潮流计算 本文所采用的配电网潮流计算方法是基于文献 [ 26]所提方法的。 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。 第 11 页 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 : 第 12 页 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 : 第 13 页 (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 潮流计算下的分布式电源对配电网电压的影响初探 本节通过潮流计算来初步分析分布式电源的接入对配电网电压的影响。 潮流程序利用 matlabm文件编制。 所用算例为 IEEE33节点测试系统 ,系统参数见文献 [12]。 第 14 页 图 23 33 母线测试系统 要分析 DG不同容量给系统电压带来的影响 ,首先我们考虑简单情况 ,固定 DG的位置和数量。 目前分布式电源多 是作为辅助电源支持配电网的 ,并非配电网供电的主体 ,加之综合考虑分布式电源的运行成本及对配电网的影响 ,合理确定分布式电源个数。 本节选定接入分布式电源的个数为 2。 在明确分布式电源接入数量的情况下 ,文献 [2]以配电网网损最小为目标 ,以电压不越限、有功功率和无功功率平衡为约束条件 ,运用遗传算法求出分布式电源合理的接入位置与容量 ,本文利用文献 [11]得出的结果 ,通过改变容量或位置分析其对系统电压的影响。 DG容量对电压的影响 将 DG放置在节点 12和节点 29,改变 2 个 DG的出力 (假定 2 个 DG出力相同 ),可以随机为总负荷的 20%,40%,60%,80%,100%(保证同时接入两个 DG)。 功率因数取 ,滞后。 DG出力改变见表 21。 表 21 DG 容量 Matlab仿真结果 第 15 页 图 24 DG 容量不同对系统电压的影响 由图 24可以看出 ,随着 DG容量的逐渐增加 ,节点电压也在随着 DG的容量增加而升高。 DG 位置对电压的影响 保持每个分布式电源出力不变只改变它们在网络中的位置。 根据文献 [3],选择较合适的 DG容量 ,约为总容量的 40%。 然后分别改变 DG在系统中的接入位置 ,分析其对系统 电压的影响。 为使结果更清晰 ,本次试验只选用一个 DG接入 ,接入位置选择比较有代表性的 ,即系统的首部、中部和尾部。 表 22 列出了 DG 的不同接入位置。 Matlab仿真结果如图 25所示 : 第 16 页 图 25 DG 位置不同对系统电压的影响 由图 25 可以看出 ,总出力相同的分布式发电 ,分布在不同的位置 ,得到的电压分布有较大的差异。 DG越接近系统母线 ,如节点 2,对线路电压分布的影响越小。 DG接入末端节点时 ,会造成该节点电压局部升高过高 ,极有可能超过额定电压。 DG接入馈线中部 ,如节点19,局部极大电压在线 路中部出现。 DG 功率因数对电压的影响 保持 DG容量、位置都不变 ,即利用文献「 11]得出的网损最小的接法 ,接入节点 129,容量为总负荷的 40%,改变功率因数分析不同功率因数下的 DG 对系统电压的影响。 不同功率因数见表 23。 表 23 DG 不同功率因数 Matlab仿真结果如图 26所示 : 第 17 页 图 26 DG 功率因数不同对系统电压的影响 由图 26可以看出 ,滞后功率因数对系统电压的改善明显要好于超前的功率因数。 当DG 以超前功率因数接入时 ,电压变化不大 ,没有起到改善电压的作用 ,当功率因数为超前 ,甚至出现了电压下降。 本章小结 分布式电源并网运行会对系统带来重大影响 ,本章首先介绍了其并网需要解决的问题和其对配电网的影响。 然后运用潮流程序进行分布式电源接入配电网后电压分布的计算 ,对分布式电源接入辐射型配电网络前后负荷节点电压的变化进行了初步探究。 由图2 2 26可以看出一定容量的分布式电源接入配电网络 ,会对馈线上的电压 分布产生重大影响 ,而具体影响的大小 ,与分布式发电的总容量大小、接入位置及功率因数都有关。 同时也可以看出分布式发电接入系统后 ,使得节点电压被抬高 ,某些节点电压严重超过上限 ,在实际运行当中会对用户造成严重影响。 而当分布式电源退出时 ,使得依靠 DG 支撑的馈线电压下跌 ,同样会带来电能质量问题 ,所以 DG并入配电网需要进行适当调压。 对分布式发电对配电网电压的影响及其调压问题将在第 3章详细分析。 第 18 页 3 分布式发电对配电网电压影响的仿真研究 第 2章中已经利用潮流计算的方法在给定条件下 ,初步分析了分布式发电并网后对配电网系 统电压的影响 ,由于这些影响的大小又和分布式发电的容量、接入位置和功率因数有关 ,木章将分别考虑这三方面因素 ,利用仿真的方法 ,详细分析这些因素对电压的影响。 仿真模型的建立 分布式发电的模型建立 分布式电源接入系统时 ,根据其发电特性选用不同的并网技术。 常用的并网方式有同步发电机并网和逆变器并网。 本文的分布式电源采用同步发电机形式并网 ,同时设其出力恒定 ,即不随负荷的变化而变化。 由于本文涉及的分布式电源容量较小 ,故可将其以 PQ 结点形式并网。 该同步发电机通过变压器连接到配电网上 ,它可以表示一个分布式 电源或在同一个节点连接的多个分布式电源 [7]。 (1)同步发电机原理 同步电机原理结构是 :定子铁心上嵌放三相对称绕组称为电枢 ,转子是直流励磁形式的恒定主磁场。 同步发电机运行时 ,由原动机拖动转子以 n(r/min)的转速旋转 ,定子三相绕组切割旋转的主极恒定磁场而感应电动势 EA、 EB、 Ec,该电动势频率 f为 : 式 (3l)表明 ,电机制成后 ,极对数 p确定 ,则发电机电动势频率 f与转子转速 n成正比。 所以改变原动机转速 n可以改变发电机电动势的频率 f(我国工业频率规定为 50Hz),所以产生 50Hz的交流电 ,对不同极对 数 p的电机 ,要求的原动机转速不同。 这种发电机电动势频率 f与转速 n之间有固定关系的特点 ,是同步电机的特征。 (2)同步发电机的并网 为避免投入并联瞬间发生电流、功率以及电机内部机械力冲击 ,投入并联前 ,发电机应 第 19 页 满足下列条件 : l)发电机电压幅值与电网电压幅值相等 ,且波形相同。 2)发电机电压相位与电网电压相位相同。 3)发电机电压频率与电网电压频率相等。 4)发电机三相电压相序等于电网三相电压相序。 四个条件中 ,“电压波形是正弦形”制造厂已给予保证 ,三相相序己在出线上标明 (在规定转向下 )。 这样 ,投入并联的操作 ,主要是调节发电机电压大小、频率和相位 ,即调节发电机励磁电流以改变发电机电压大小 ,调节原动机转速以改变发电机电压频率及合问瞬间电压的相位。 (3)并网后功率输出 同步发电机电磁功率和电磁转矩 M 是表征电机进行机电能量转换能力的量 ,它们还可以表示为功率角的函数 ,称为功角特性 ,或转矩特性 ,用来分析发电机并网后功率输出关系。 同步发电机在输出一定的有功功率时 ,功率角也同时确定 ,随着功率角的确定 ,发电机输出的无功功率也是确定的。 当励磁电动势 E0 和端电压 U确定时 ,发电机输出的无功功率 Q 与功率角也有函数关系。 调节发电机有功功 率时 ,发电机提供的无功功率会自动相应变化 ,这种变化能否满足负载对无功功率的需求 ,则不确定 ,为此要进行一定的无功调节。 (4)并网后功率调节 1) 有功功率调节 :并网后的发电机能够进行调节的量只有两个 :励磁电流和原动机拖动转矩。 调节有功功率就要调节原动机输入转矩 (功率 ),改变同步发电机功角在调节有功功率的过程中 ,由于功角的改变 ,即使励磁电流不变 ,无功功率的输出也有改变。 2) 无功功率调节 :。