《主动配电网电能质量分析与评估毕业论文》

1、主动配电网电能质量分析与评估 随着分式电源Distributed Generation, DG)越的接入网，传潮流的被电网正逐变成双流的集发电装主动网Active Distribution Network，ADN)。主网是实现大规式并网运控制、电网能设动、智能配电网分行关术的解案。主电网中含有大量分电源，各种分布源都会在一定程响电网质量。因此，主动配质量分析与评估具有重义。本文所做主要工作有：1简要介绍了主动配电网的基念，分析了主动配电网电量特点，并对国内量分析与研究的行了概括和分析。2研究了主动配电网中各个主要组成局部的模型，包括变型、输电型、负型和DG模型，并根据主动点，建立了网评价指标体

2、系。3总结了电能质量的一般概念，并分析了电能质量国家标准中规定的6项电能质量指标的定义和危害，包括：供电电差、电力统频差、电压不度、电压波变、公用电波，最后总结归纳出电能质量国家标准中规定的该6项指标的限值。搭建了主动配电网根本模型，并对主动配电网的4项电能质量指标进行了分析，包括谐变、电差、三相衡和电压闪变。4分析了分布式电源接入主动配电网后的电能质量问题，提出了主动配电网电能质新指方法，通过电量变化量指统指标来评估主动配质量，并对算例进行了分究，说明了该方效性。关键字：主动配电网；电能质量；评估指标；主动配电网模型；分布式电源Power Quality Analysis and Asses

3、sment on Active Distribution NetworkWith more and more distributed generationDGconnected to distribution network，the traditional passive distribution network with unidirectional flow is replaced by bidirectional active distribution network (ADN) integrating many distributed generation devices. AND i

4、s a solution to realize key technology of power grid analysis and operation such as large-scale distributed energy grid-connected operation and control, grid interaction with energy storage devices, smart distribution and using electricity and so on .There are many distributed generations in active

5、distribution network, which may worsen the power quality of the power system. So, its significant meaningful to analyze and assess the power quality in the active distribution network. The following work has been done in this paper:1) The basic conception of active distribution network is briefly in

6、troduced and the characteristic of active distribution network is analyzed, then the domestic and overseas current situation of power quality analysis and research is summarized and analyzed.2) The components of the active distribution network model, including transformer model, transmission line mo

7、del and the load model has been studied, in addition, the active distribution network evaluation index system is established according to characteristics of active power. 3) the relevant definitions and standards of the power quality indicators are summarized, then the definition and hazards of the

8、six power quality indicators specified in the national standard of power quality are analyzed in detail, including power supply voltage deviation, frequency deviation, three-phase power system voltage unbalance, voltage fluctuation and flicker, the utility grid harmonic, finally the power quality na

9、tional standard limit value and of the six indicators is given. Basic model of active distribution network is set up, then 4 power quality indicators of active distribution network are analyzed including harmonic, voltage deviation, three-phase power system voltage unbalance and voltage fluctuation

10、and flicker.4) This paper presents new indicators and new method of power quality evaluation after analyzing the problems of power quality in active distribution network with distributed generations connected in. the power quality in active distribution network is evaluated by variation indexes and

11、system indexes, and the cases are analyzed and researched, which indicated the effectiveness and rationality of the method. Key words: Active distribution network; Power quality; Evaluation index; Model of active distribution network; Distributed generation目 录1 绪论1研究背景及意义1主动配电网简介21.1.2 AND电能质量问题产生原因

12、及危害31.2 国内外研究现状51.2.1 主动配电网电能质量分析现状51.2.2 主动配电网电能质量评估现状91.3 本文主要研究内容102 主动配电网建模及评价指标体系112.1 主动配电网建模11变压器模型12输电线路模型13负荷模型16分布式电源模型172.2 主动配电网评价指标体系192.2.1 DG并网特性指标19运行特性指标222.3 本章小结243 主动配电网电能质量分析253.1 电能质量定义253.2 电能质量各项指标定义及标准263.3 主动配电网电能质量分析32谐波畸变33电压偏差35三相不平衡41电压波动与闪变443.4 本章小结454 主动配电网的电能质量评估464

13、.1 DG接入AND的电能质量问题分析464.1.1 风力发电的影响474.1.2 光伏发电的影响484.2 主动配电网电能质量评估指标494.2.1 变化量指标494.2.2 系统影响指标514.3 算例分析514.4 本章小结545 总结与展望565.1 总结565.2 展望56参考文献58声 明62致 谢631 绪论电求持续、传源短力市放驱动着电向高效、灵活、智持续的方展，以适来的技术需。可持续未来电础特征，其现为分布源DG尤其是可源的规接入与用1。大量DG会对配造成广响，主要表：改变网电平、提配电网短容量、继策略的度加大、影络的供电可以及加能质量的恶。目前，虽电网简称微技不断成以及虚发

14、电技展给DG的供了解决方，但是，由网受其容限制以及制目标的不，还不能完决规模化DG来的由传被动单电配电网向向供电多配电网转变的术问题2。可能源发电术、储术的进及电力电的同展解决了DG在中电网的并运行问题，但电尤其是配仍然存在可生能源消足薄平不 调式落以电互水低等问题，重制约了生能源的高透利于后能构的化调。针一现状，主电网active distribution network技运而生，旨在解网兼容及应用大模间歇再生能，提升绿源利用率，优次能源结问题。分布源的高率应用是未电网开展的要趋势，传统单向式供电网正面双向供电变的巨大战。由于能、光伏为代的分能源具有歇性和波特质，传网的运行管式远不能满足式发

15、电单元接需求。因此针统配电网无动消纳间能源的现状，提动配电网技术，解规模间歇式能纳及优用问题。这对于促进可利用，实现配电活双向供电，提网运行能力具大现实意义。电现代工代社会生用的最重源之作为一种商 品，它不流动，不能方存。与其他的商同之处在于户往往发电厂，多个发电出的电能同电网，然后通过多个变压空线或埋地送到用户。 供无法将不合准的电能从供电收回， 用户也没方法拒能，所以保点的供电质不是一件的事情3。 电能点4： 1 动性。电能由生消耗的过个整体，电能的流一直 是动态平的，其电量现象、 各指标常不相同，电力系电能质量一在变化。 2 整。电力系统内质量会互相影响，一力系统产质电 能，不能达的要求

16、，都会对电户、电力设、与之相关的网的平安稳行产生威胁；许候，系统中的体既表劣质电害者，同时也表电能质坏者。3电能动具有潜在的危与广泛的传。电能质量扰象种 类繁多，发故的原因较杂， 由电能质降而造成的对设备、电力系统的危有潜性；此外，扰播速度非常害性大，可能降他系统或设气性能，甚至破备。4电力系电能质综合评估非难。电力系统是一个多指统，其评估指标的定及评估方选取等都十难。 5电能难于控制管。高科开展，一些敏户对电能出高的要求。不能质量，其成同，因此电能应质定价，以保证市争的公平性。通电能质行评估，得到一个量描述，使电门能及时向用供系统电能质况，为考核供量及用户选电效劳提供参力市场运营透化。根组的

17、报配电义为以综合分布源DG、柔能的配电用灵络技现潮效管理分布源在其合管环境和接那么根底上承系统的支用。本质上，主动配网是利用先信息、通力电子技规模化接布源的配电施主动管够自地控制间歇源和储能装DG单元，积极再生能源并且网络的平安济运行。主动配电网目组合控制各种分能源，加大配对可再源的接纳能力、提升网资产的利用率、延电网的升级投资，以及提户的用电质供电可靠性6。网中含有大电系布式供统通常包含分电源、储元、逆变装成部些组成部是建 术根底之上而大力电术的应及分式电定性较差等原因都会引种电能质题，这是分布电系统与电网互先面临的问题6，主要包括：1配电网电整困难。电力电电源的电压调控制方式规方法不同，分

18、布式发电的频动也使配电网电繁发生波动；在分布源为风电的情况下，有些风电电要从电网吸收无并且随时波，使电节变得困难。2谐波畸直流注力电子型电易产生谐成谐波污波的幅阶次受到发式以及转换作模式的影外，如果无变压器而与电接相可能向电网注入直变压器和电件出现磁饱和现使附近机荷发生转矩脉3电压不平果是电力电子电变器的控制策网络不平衡电压会响。4产生电压闪网时一般会发生闪孤岛运行时如进与评估是有必要是具有现实价值从上述分析可以看动配电网中布式电源接入造电能质量问题是不容此针对主动配电质量的分析及评很有必要的，对于整个电电能质量的管善都具有积极的意1.1.2 AND电能质量问题产生原因及危害越来论研究及工践表

19、规模的分布式发电分散接入配引起网络结流、保制、供电可靠能质量等一系列化和技术革电网带来的影深刻而复杂作为大规模消歇式能源的主动配电能引起电能质量的主要原因布式能电集成到中网形成多电双向供电格局改变了传统配电网潮流荷可以与分发电就地平此线路网损下降，传网末梢电低的现象可能改方面，假设分布电向系统反送潮点电压甚至可于电2大量力电子装置的采大局部间能源与储能设用电力电器与电网连型拓扑为基IGBT的压源变流器(VSC)、多变器等L、LC LCL滤波电电网接口基于晶闸管的传型电力电子流装置相虽然全件的采用及高宽调制(PWM)或阶梯术使谐波问题大为减因变流器非理性与滤波环振引起的波形变不可避此带来新的叠加

20、规3分能源的间歇性特伏阵列输出功要受辐照强温度影云天气可能造成列的局部阴速改变光伏发置的出力情出力与风流强流方距角及控统参数等有着复杂的关风天气下风机输率难以预此以光电为主要代表源发电并网带质量电压波动已成为共4电网外外部因素网本身运行环境恶非线性负击性负荷的接电线路故障主动配电网中引布式发电装置的异行或连锁反可能引起电能质量问如型光伏发电设有低电压穿越的要电网电压异常时将在规间内断开与电网的会造成原本因故障电缺乏的电网状况进一步动配电网电能质理分析和综理研究中考察上述原因产生能质量问找其与间歇透率度和分散率四电网维度指标间的关提出主动配电能质量综理方法。量污染不仅会力用户及其自身造成危对相关

21、行一定的影面介绍一些们生活息关的危害7：电力系统的危要表现在增加线低一次运行设继电保护装置误动计量仪表产生误差几方果电能质量指标不合能造成各类继护装置发生拒或误动谐波分量较高造成过电流保电压保护等动果输电线路中存波电会有附加能耗产时也会增加线损果系统发生谐大或谐振现别是在谐波次数 波电流的污染造成对线 影响会更力用户的生活质质量指标不达标发生诸如电容器熔丝熔偿装置投不上等现系统频率标称值导致用户生产出用户遭受严重的经能引起电视画泡发生忽明忽暗的现重影响用户的生活质3影气设备正常运低一次运行设备寿压暂降会引起计算机重至破坏操作系会使电机产生机械振压容器等设备会因为谐生发热以及绝至损4关行业的危害

22、主现为对通信行业的影网谐波会干扰信号重影响通信质1.2 国内外研究现状1.2.1 主动配电网电能质量分析现状主网是未来智配电网的一种发家正积极开展相关技术的研ADN的研究处于领位的主要有北盟和日本前盟已经在丹班牙以及英国等地入开展了主动网技术研究范工程建中最具影响欧盟FP6主导的ADINE示范工 核心理念是利用自动息信及电力电新技术实现对大规入DG的配电网进ADINE示范工程通过5个场 实际环境中实拟了接入大量DG的主动配电管个实例包括反孤岛保于DG的电压控护定值自适应整压协调控制以 于静止同步补的电能质量控个工程从2007年10月开始到2021年11月结 ADINE示范工将上述各自的解决方案

23、进行了联合试示了主动配电网管统是如何与含模DG的主动配电 行交而解决主动电网中的保压控能质障穿越和孤岛运行等一系列的问范工程的实例表过主动配电网管理技以使得DG在网的接入更加容络的运行状况也更加优 国对ADN的研其他国家相对落究热点主要集DG本身控制以及DG规行等方DG的并网技准和并网规面尚有欠极大地限制了分发电技用和推是我国大力支持生能源的发部和沿海分别建伏电站和风力发电 估计202将到达20GW30GDG高渗入配电能造成各种能质量问量文献就特定环设对DG接入配电的电能质量问理进行了讨要集中在系统电压偏压波动和闪波污染几个方面分别加以综1、供压偏差指电力系统各处电许偏离值的百分为供电电量的根

24、本保压偏差一直以来都网稳态运行时心的电能质量问题布和潮流紧密相然潮流计算是电统的根本计算随着 DG 并网及量的增变了系统潮的方得配电网潮算的难度增些传统的计算潮工具和方法由于 DG 的接失效针对这一问多文献就含分布源配电网的电压偏题进行了机的分析和研究10-15。基于链式配电网布式恒功态负荷模型的根底过仿真实验说明布式发电对配电 态电压分布的影出了分布式发电对配电压分布的影响入容量大入位置有极大的关相同渗透率布在馈线上比集 同一个位置压的支撑作用献11在研究分布电影响电压机理的根底析了在负荷较小的线端开展光伏发电电压的影响因括光伏发电出入位置路参数和负到了大容量光伏入将引起线路局部电出电压偏差

25、要求的结议加装蓄电池装置进行改献12在综合考虑分布源及负荷功率随机特 根底出一种改良的估计方解含分布式电电系统的概率潮 从而得到电压的概率统计真证明了此方法的有效得到了合理的分电源类型搭配有利善电压质量的结献13运用概率理讨了配电网中分布式电入功率和电压偏差的关论说明电压偏差受到系统短路容布式电源注入功负荷水平多个因素的影 DG的渗透率增大对配电网的电布产生显著作用且与DG接入位量大小以及网络拓构密切相2、电动和闪变波动和闪变会成灯光闪机转速不均敏感仪器不能正作等危害16电的电压波动和闪要是由具有冲击速变动)功率的负起献1出目前越来分布式电源接入电G会引起电网压波动和闪根本原因是并组输出功率的

26、波献首先指出假设DG接性率超过300的无穷大母引起任何闪变发起电压波变的系统原因是很DG远离变电站主系统刚性率会随DG渗率的增加而外还指出光伏电站层快速移力发电的风速变入与切除暂影效流器及电机的复杂控应等相互耦的复杂因可能引起电压波动和闪献20重点讨论了引起电压波动和闪要原因是并网出功率波电机组自身固有的也会造成电网电压献分析了分布式光源接入配电网对电压的影伏电源输出功率能引起电压波变和负荷波动叠一起会引起更大的压波动和闪 献研究了分布式电其大小对电压波变的影响立了IEEE 34节点包路的网状配电网仿真模真结果表DG可以减轻网络中动负荷造成的母线电动和闪变且DG容量越电压波变的消弱作用就越外，

27、文献还探讨了大型光电站接入系引起的波动和闪变问具体问题分析方可以借实配电网中考察DG接的电压波动和闪包括其他电能质量问可建立在已有的电境下进括其他负配电设备经使电能质量指到或近似达一定的允许一个重要的方握闪变的量化描与测量方学评估DG接入后的电压波变效应闪变在配电网中的传度还包括电压波形形方波、正弦或锯齿压波动幅炽灯的频率特眼频率特性及大脑的应程度多情况下对DG接入的电变评估仍是一个复杂的配电污染会造成电备发护或自动装置误等各种危国国家标准GB/T IEC 61000标准系IEEE 519标各国和地区标备谐波发射水量要求等有明文规定2见谐网及用户的重大影磁饱和及非线性负造成传统配电网波形畸要原

28、因，传统谐包括电力变压抗器业中常用的变频调速弧用的荧光用开关电电的设备电负荷的谐波电统阻抗上产生非电压降终导致电网电压发生畸着越来越多的DG接入电波发射情况发生了新的变 30中显示在一天中实测的电波畸变小值在14%左右出IEEE规定的5%并网电波畸变率限研究显示假设不增波滤波装于电网换流的DG设备网中渗透率水平仅为119。和国内标准对DG入电网后的谐发射程度有明定31-多文献就特定环分布式能源接入配电网后的谐关问题进行了探讨33-36。 33讨论了在PV高率接入配电网环境系统电压畸变PV逆变器THDi增停止工作的情析认为产生谐波要原因为PV逆变器与外电路构成并联谐网与线路电电或用电设备构成串联

29、谐系统运行状态变化波情况更加复造成单台PV输合要高渗透率接入配出现谐波超标的现献34从谐波畸变约度考虑分布式电大允许接入的峰值容析了接入位率对电网谐压电流分布的影提出最大准入功至少准入功率计算方献35中当光伏模局部遮挡后实测输出THDi为20%流不平衡度为5.14%献33、35中还检假设DG所并电网本身已存在较大电压畸引起PV逆变器THDi明显增大甚至停止工作。另外，如果采用主动孤岛检测方法，也会造成DG谐波发射水平短时增加36。1.2.2 主动配电网电能质量评估现状在分布式电源接入配电网后电能质量的评估方面，工作才刚刚开始，有学者以电压暂降和波形畸变为例，提出了电能质量变化量指标和系统影响指

30、标，分别用于量化分布式电源接入后电能质量水平的变化程度和安装单位功率的分布式电源电网电能质量变化的程度37，文献38提出了一种电压偏差、暂降的加权平均指数，通过算例仿真验证该参数可以较好的反响分布式电源接入对电网电压情况的改善。随着分布式并网发电系统的增加，它们在一定程度上改变和影响了电网及其调节能力。因此，国际和国内相关部门针对于分布式并网发电系统均制定出了一系列的技术尺度和并网要求。2001年，国际电工委员会IEC的TC/SC 88委员会编制了系列风力发电机组的标准?IEC 61400-21: 2001国际标准并网风力发电机组电能质量测量与评估?，该标准为并网风力发电机组的电能质量提供一个

31、具有一致性和准确性的描述、测试和评估的标准性方法。2021年，ffiC在2001版的根底上进行修订并公布了第二版?IEC 61400-21： 2021-08国际标准并网风力发电机组电能质量测量与评估?，修订版在描述并网型风力发电机组的电能质量特性时，除第一版规定的电压波动与闪变、谐波以及功率控制等特征外，第二版补充了间谐波、更高次谐波、机组的电压暂降响应、电网保护以及再并网的特征规定。2003 年 6 月，由标准制定委员会 21 (Standards Coordinating Committee 21,SCC21)发布的?IEEE Std 1547-2003?是第一个标准燃料电池、光伏系统、分

32、布式发电装置、能量存储设备这类分布式电源系统并网的标准。IEEE Std 1547-2003考虑的是容量不超过10MVA，工作频率为60Hz的分布式发电系统。该标准规定了分布式电源并网的包括并网电流谐波、并网同步、电压谐波在内的几个重要技术指标方面的要求。目前，国内对分布式电源的研究大多还集中在电源本身，如怎样构造高效率的风机，提高风机运行的稳定性，改良太阳能的利用方式，提高利用效率等，在DG对电力系统规划、运行等方面的影响的研究大多集中在定性分析的层面上。而对于分布式电源并网电能质量的评估工作目前还处于研究的初级阶段，其中，含分布式电源的配电网系统的电能质量标准大多参考国际标准实行。例如，T

33、C/SC 88委员会在2001年公布的第一版风电并网标准?IEC 61400-21： 2001?被我国等同采用为?GB/T20320-2006/IEC 61400-21:2001风力发电机组电能质量测量和评估方法?。对于光伏并网方面的相关标准，针对于我国的50Hz市电电网，可考虑以标准?IEEE Std 1547-2003?为参考。1.3 本文主要研究内容本文主要对分布式电源接入主动配电网引起的电能质量问题进行深入研究，针对主动配电网的特点，结合电能质量国家标准，对主动配电网的电能质量进行分析与评估。分布式电源的接入对主动配电网的电能质量有利有弊，合理客观地分析主动配电网的电能质量是关键。本文

34、的主要研究工作如下：1对主动配电网的根本概念进行了简要介绍，分析了主动配电网电能质量特点，概括和分析了国内外电能质量分析与研究的现状。2对主动配电网中变压器模型、输电线路模型、负荷模型和DG模型进行了研究，并根据主动配电网特点，建立了主动配电网评价指标体系。3简要介绍了电能质量的一般概念，并分析了电能质量国家标准中规定的6项电能质量指标的定义和危害，包括：供电电压偏差、电力系统频率偏差、三相电压不平衡度、电压波动与闪变、公用电网谐波，最后总结归纳出电能质量国家标准中规定的该6项指标的限值。搭建了主动配电网根本模型，并对主动配电网的4项电能质量指标进行了分析，包括谐波畸变、电压偏差、三相不平衡和

35、电压波动与闪变。4对分布式电源接入主动配电网后的电能质量问题进行了分析，提出了主动配电网电能质量评估新指标和新方法，通过电能质量变化量指标和系统指标来评估主动配电网的电能质量，并对算例进行了分析研究，说明了该方法的有效性和合理性。2 主动配电网建模及评价指标体系2.1 主动配电网建模ADN是指由分布式电源、负荷、储能系统以及控制装置组成的配电系统。配电网指电力系统中二次降压变电所的低压侧直接或经过降压变压器降压后向用户供电的网络。配电网按电压等级可以分为高压配电网35110kV、中压配电网610kV和低压配电网小于0.4kV。AND那么多指含DG的更靠近用户侧的低压配电网。按接线方式不同，低压

36、配电网结构可分为三种：树状网、辐射网、环状网，如图2.1所示。图中，断路器由位于低压母线出口处的黑色方块表示，线路节点由馈线上的黑色圆点表示，负荷由箭头表示。无论是何种结构，都由高压电网经过降压变压器降压后，通过单个或多个馈线向某区域内的用户供电，而用户可以处于馈线上的任意节点。a树状网b辐射网c环状网图2.1 配电网的一般结构低压配电网一般具有以下特点：1深入城市中心和居民密集点；2传输功率和传输距离一般不大；3用户性质、供电容量、供电质量和可靠性要求不同；4中性点不接地运行，单相接地时允许运行一段时间。下面分别对ADN的主要组成局部进行建模，包括变压器模型，输电线路模型，负荷模型以及DG模

37、型等。ADN结构包含了一个连接大电网的降压变压器，它的额定容量等级一般在0.11MVA。额定容量的等级决定了配电网能承载的负荷容量。变压器有一个典型的载荷调节范围，通常为额定容量的±5%。变压器负荷率又称为运行率，是影响变压器台数、容量和电网结构的重要参数，它的表达式为： 2-1式中，是变压器实际的最大负荷，是变压器的额定短路容量。取值越大，那么负荷率越高；取值越小，那么负荷率越低。一般的双绕组变压器的等值电路如图2.2，在等值电路中，通常将励磁支路前移到电源侧，将变压器二次绕组的电阻和漏抗折算到一次绕组侧，并且和一次绕组的电阻和漏电抗合并，用等值阻抗表示。图2.2 变压器等值电路变

38、压器的励磁电流一般占额定负载电流的百分比很小正常低于3%，因此励磁支路在谐波的分析中常常被忽略，因此变压器一般利用它们的串联漏电抗表示。在谐波的作用下，变压器绕组和绕组间的电容会起作用，假设谐波次数不太高，此作用可忽略。因此变压器的等值电路可以简化为一个连接变压器原副边节点的阻抗支路，如图2.3所示。图2.3 变压器谐波等值电路在谐波的作用下，变压器绕组的集肤效应和铁芯中的涡流损耗都会增大，有关资料说明，这时变压器的等值电阻大概与谐波次数的平方根成正比，其谐波阻抗可以表示为：2-2式中是变压器基波阻抗；是变压器基波电抗。三相双绕组变压器中，谐波电流的传输受到变压器联结方式的影响。无中性线或中性

39、点不接地时，零序电流无法流通，只在三角形内部有循环，根本不会在线电流中出现。变压器三角形联结，或者不接地星形联结阻断了属于零序的3倍数次谐波电流的流通。ADN中的输电线路主要有地下电缆和架空线路。地下电缆主要应用在高负荷密度的城市区域，架空线路应用更为普遍，主要的材料是绝缘Al芯或Cu芯导体。电力系统分析中，用电抗、电阻、电纳和电导参数反映输电线路的特性。这些参数沿线均匀分布，在线路任一的微小长度内都存在电抗、电阻、电纳和电导，因此，精确地建模是非常复杂的。输电线路模型可以分为等值集中参数元件模型以及行波模型两大类。在仅需要分析两端电压、电流、功率时，一般可不考虑线路的分布特性，而用集中参数元

40、件模型来模拟输电线路；当线路较长时，就需要用双曲函数来研究均匀分布参数的线路。设长度为l的输电线路，它的参数沿线均匀分布，通常其等值电路用集中参数的型电路来表示，如图2.4所示。单位长度l0阻抗和导纳分别表示为,。实际中，常常忽略电导，对于长度为l的输电线路，其参数可以得到简化的计算公式。(2-3)其中、和分别是计算电阻、电抗和电纳值的系数。图2.4 输电线路型等值电路电压等级在110kV以下，长度不超过100km的架空线路，由于电压不高，线路短，可以同时忽略电导和电纳的影响，阻抗为，它的等值电路如图2.5所示。图2.5 短线路等值电路在谐波的作用下，输电线路的分布特性要比基波的更为显著，因此

41、每个等值代表的线路距离将会大大缩短。假设每个等值电路代表的线路长度在基波时是m/km，在h次谐波的作用下，那么将限制为m/h km。因此，用于谐波计算所需要的等值电路数目将大大增加，并且不同次数的谐波所需要的数目不同。如果利用双曲线函数计算的等值电路参数将会更加方便，这样每条输电线路只需要如下图的一个等值电路即可。图2.6 输电线路谐波等值电路 (2-4) (2-5) (2-6) (2-7)式中，分别是h次谐波时，线路的特征阻抗和传播常数；和分别是h次谐波时，线路单位长度的阻抗和导纳。在SimPowerSystem库中，提供的输电线路的模型有II型等值模块和分布参数等值模块。ADN中的负荷按其

42、特性分类，大致可以分为线性负荷和非线性负荷。线性负荷可以作为抑制谐波畸变的元件，用接地等值阻抗模拟，在谐波频率下，其电抗随频率变化。非线性负荷主要包括换流式开关电源和家用电子设备等，其对配电系统来说相当于离散型谐波源。随着非线性负荷的大量增加，将会影响供电电流波形，并加重用户电流的畸变率。但是，由于不同非线性负荷谐波电流分量存在相角差，因此经常相互抵消，于是降低了系统对电压畸变水平的有效影响。同样，DG作为ADN中有源非线性负荷，谐波之间也存在着相互抵消的现象。研究说明，对于同类负荷，低次谐波分量如3次和5次很少会相互抵消，而高次谐波分量抵消现象却很明显。因此，需要对高次谐波关注的时候，这类抵

43、消现象很重要，谐波之间的相位差、配电网的线路阻抗和负荷都能抵消局部谐波。配电网固有的单相负荷也使配网具有不对称的特点。1线性负荷模型给定频率时，线性负荷等值阻抗是一个常数，负荷吸收的有功功率和无功功率与负荷的电压平方成正比。2.7所示，为串联和并联的恒阻抗负荷模型。图2.7 负荷模型串联负荷模型适用于表示单一的负荷。 因此， 。式中,.当谐波存在时，。并联负荷模型用于表示含感应电动机的集中负荷，。因此，,。当有谐波存在时，。2非线性负荷模型非线性负荷主要包括电力电子型设备，如节能聚光灯、个人计算机、突光照明设备和电视机等。这些负荷不仅是谐波源，还不能够用恒定的R、L、C结构表示，且其非线性特性

44、不适合用线性谐波等值模型来表示。非线性负荷可以当作谐波注入电流源来考虑，而对一些非线性负荷来说，只要实际电压畸变低于大致10%，那么可以把它看成理想电流源。如图2.8所示的非线性负荷模型，假设忽略负荷的基波功率，只从谐波源的角度来看，它与DG的等效谐波模型是一样的，因此可以作为DG模型来处理。图2.8 非线性负荷模型分布式电源主要包括燃料电池、风力发电、储能装置、太阳能光伏电池以及微型燃气轮机等，其中，以风力发电和光伏发电应用最广泛。下面简要介绍一下储能装置、光伏发电和风力发电的拓扑结构和工作原理。1储能装置将储能装置接入配电网，可以起到优良的填谷移峰作用。电量紧缺时，储能装置可释放能量，电量

45、过剩时，储能装置可吸收能量。为了支持主动配电网的离网运行，主动配电网中通常会安装可以快速调节功率和频率平衡的储能装置。储能装置可为蓄电池组，也可为飞轮储能等。它的安装位置通常在降压变压器低压侧的出口母线处。图2.9所示为典型蓄电池接入电网的拓扑结构。图2.9 蓄电池接入电网拓扑图蓄电池本身为直流电，因此接入电网时需要使用变流装置。储能装置首先经过直直变换器升高电压，然后由并网变流器将直流电转换为工频交流电，再经过滤波装置和隔离变压器实现并网。2光伏发电PV光伏发电受到天气情况如光照强度等的制约，输出功率通常具有随机性和波动性，在ADN中一般采用电流型控制策略。图2.10所示为典型的双级式并网拓

46、扑结构。太阳能电池组发出直流电经过直直变换器升压后，再经过并网变流器将直流电转换为工频交流电，最后经过滤波装置、隔离变压器之后并网。采用这种双级式的拓扑结构可以简化每一级控制方法，提高各级控制效率。图2.10 典型光伏发电装置拓扑结构3风力发电WP风力发电的传动装置将风能转为机械能，再由发电机将机械能转换为电能。由于风速的不确定性，风力发电的输出功率与PV系统一样，具有随机性和波动性。因此，在ADN中同样采用电流型控制策略。以目前两大主流机型直驱型和双馈型风力发电系统为例，如图2.11所示为其典型拓扑结构。图2.11 (a)是直驱型永磁同步发电系统，由同步发电机产生的电能经过交直交变流器后转换

47、成为工频交流电，再经过滤波装置、隔离变压器并网。图2.11b是双馈异步风力发电系统，其定子侧输出的工频交流电直接与电网相连，转子侧那么经过交直交变流器与电网相连，来提供可控的转子励磁电流。直驱型风力发电机组省去了齿轮箱，所以结构简单，运行维护本钱低，可靠性和效率都很高。图2.11 风力发电拓扑结构2.2 主动配电网评价指标体系2.2.1 DG并网特性指标主动配电网中含有各种分布式间歇性能源，分布式能源并网指标主要反映DG大规模并网后对配网的影响程度，从DG并网规模和DG并网品质两方面来考虑。反映DG并网规模的指标有DG渗透率指标、DG分布率指标和DG分散度指标；反映DG并网品质的指标有DG出力

48、波动性指标。图3.10 两台单相光伏逆变器接入高电压等级系统表3.9 两台单相光伏逆变器并网容量1(%)12345容量2(%)12345从仿真结果可以看到，当主动配电网协调控制实施后，多点间歇式能源并联后再接入高电压等级电网，由于高电压等级电网的系统短路容量更大，通过近似计算公式(3-7)，相同的不平衡功率下，引起的不平衡度就越小，这里10kV电压等级的系统短路容量是380V电压等级的10倍，从仿真结果可以看到，不平衡度大致是原来的十分之一，和理论计算相符合。电压波动为一系列电压变动或连续的电压偏差。电压波动值为电压方均根值的两个极值和之差 ，常以其标称电压的百分数表示其相对百分值，即 3-8

49、间歇式电源和负荷简化为一个整体，无穷大系统的等值阻抗和 传输线路、变压器等阻抗简化为一个整体，重点讨论公共连接点处(PCC点)电压V的波动情况。假设此时电网向公共连接点处传送的有功功率和无功功率分别为P和Q。根据电压降落公式并网线路较短，两端电压相角相差不大，故可只考虑纵分量可得公共连接点处的电压降落为： 3-9 间歇式电源并网模型图对式3.9求微分得到电压降落的变化量，即电压波动率 3-10不难看出，由于间歇式电源输出有功功率的波动性，带来了公共连接点处有功功率的波动，如果间歇式电源中存在异步电动机等感性元件，其从电网中吸收的无功功率也会产生波动。正是因为有功功率和无功功率的波动，导致PCC

50、点处电压产生了波动。3.4 本章小结本章概述了电能质量的一般概念，并对主动配电网主要电能质量指标进行了分析。首先，总结了电能质量的定义；再详细分析了电能质量国家标准规定的6项电能质量指标的定义和危害，包括：电压波动与闪变、电压偏差、公用电网谐波、三相不平衡、电力系统频率偏差、暂时过电压和瞬时过电压；最后，分析了主动配电网中分布式电源的接入对电能质量指标的影响，包括：谐波畸变量、电压偏差、三相电压不平衡、电压波动与闪变。4 主动配电网的电能质量评估4.1 DG接入AND的电能质量问题分析主动配电网AND由分布式电源、负荷、储能系统和控制装置组成，对大电网而言，表现为一个可控单元，可以实现自我管理

51、、控制、保护等功能39- 40，充分补充了传统配电网的缺乏。分布式电源的接入使统配电网的供电结构、潮流特性等得以改变，传统式的配电网模式是由统一供电电源来实现功率单一方向的传送，引入分布式电源后，那么可能在同一线路出现逆向的潮流，电压分布规律也会随DG的接入而改变。因此，分布式电源的接入对配电网不仅有积极的影响，还有消极的影响。一方面，分布式电源的接入改善了配电网的运行方式，使电网可以更加高效、可靠的运行，主要特点有：1增加电网备用容量；2减少电厂建设规模，节省开支；3减小电能传输损耗；4DG可以孤岛运行继续向重要负荷供电。分布式电源的并网使配电网供电性能更优越，供电可靠性也得到了提高。分布式

52、发电能够及时快速地提供电能，当系统中负荷较大时，在一定的控制策略下，分布式电源可以在尽可能短的时间内投入使用，尽可能地减少系统故障，从而提高整个电网的稳定性。另一方面，主动配电网之中含有大量的分布式电源，各种分布式电源都可能会恶化电网的电能质量水平，总结如图4.1所示：图4.1 分布式发电对主动配电网的电能质量影响4.1.1 风力发电的影响1、功率波动影响风力发电输出功率的因素有很多，包括风电机组类型、控制系统速度和桨距控制等、风况湍流强度和平均风速等和转矩波动等41-45：1） 并网风电机组的类型和控制系统对风电机组输出性能的影响；2风况对风力发电输出功率的影响很大，尤其是湍流强度和平均风速

53、；3风电机组在叶轮旋转过程中转矩的不稳定也会造成风电机组输出功率的波动；4并网风电机组公共连接点的短路容量比和线路电抗与电阻之比也是促使电压波动和闪变的重要原因；5并网风电机组不仅在持续运行中产生电压波动和闪变，在启动、停机和切换过程中也产生电压波动和闪变50。2、谐波间谐波风力发电产生谐波的主要方式有2种：1风机自身配设的电力电子装备，可能给系统带来谐波问题；2风机的并联补偿电容器可能与线路电抗发生谐振，在风电场出口变压器的低压侧将产生大量谐波46-49 。3、电压暂降风电并网带来的电压暂降通常是由风电机组突然启动导致的，以感应式发电机的恒转速风电机组投入操作所引起的电压暂降最为严重。在运行

54、过程中，恒转速风电机组的发电机需要吸收无功功率，来维持发电机的励磁，吸收的无功功率将会随着有功功率的增大而增大，因此恒转速风电机组通常都带有电容补偿器组，以维持机端电压水平。 对于变速风电机组，由于运行时允许转速变化的范围比拟宽，因而整个投入操作时间可以较长；并且变速风电机组具有恒功率因数控制或者恒电压控制功能，这就减少了发生大电流冲击和电压暂降的可能。4.1.2 光伏发电的影响1、功率波动光伏发电的输出功率主要取决于太阳能光谱的分布，太阳光照强度和光伏电池的晶体结构、温度及阴影51-53，主要表现在以下几个方面：1光照强度对光伏发电输出功率波动的影响。光伏电池的输出功率和太阳光照强度根本持正

55、比，随着天气的随机变化，当光照变化比拟剧烈时，会使光伏电池的输出电功率发生波动。2温度对光伏发电输出功率波动的影响。光伏电池温度较高时，工作效率将下降 。每升高1 每块光电池的电流增大约1%，总的来说，温度每升高1，输出功率那么减小0.35%。不同的光伏电池，温度系数也不一样，所以温度系数是光伏电池性能的评判标准之一。3阴影对光伏发电输出功率波动的影响。阴影对光伏电池性能的影响不可忽略，甚至光伏组件上的局部阴影也可能导致输出功率的减小。所以要注意防止阴影的产生，及时清理组件外表，防止热斑效应的产生。 一个单电池被完全遮挡时，太阳电池组件输出功率减少75%左右，因此在场地选择评价中，阴影是需要重点考虑的因素54。2、谐波间谐波逆变器是光伏发电并网的核心部件，其开关器件的频繁动作容易产生开关频率附近的谐波分量，引起电网的谐波污染。光伏发电输出电流和输出功率的波动经开关函数调制后会使得交流侧产生特征谐波、非特征谐波和间谐波。变流器的死区效应还可能加重谐波污染。此外，光伏发电中的最大功率点跟踪是为了使光伏发电系统在不同的光照和湿度条件下输出最大功率，但在最大功率跟踪的同时又使得直流侧出现电压波动