新能源并入配电网的网侧电压控制策略研究

新能源并入配电网的网侧电压控制策略研究1.引言1.1新能源发展背景及现状随着全球能源需求的不断增长和环境保护的日益重视，新能源的开发和利用已经成为世界范围内的关注焦点。太阳能、风能等可再生能源具有清洁、可再生、无污染排放等优势，逐步成为传统能源的重要补充和替代能源。我国新能源发展迅速，风电、光伏发电累计装机容量已居世界首位。然而，新能源的随机性和间歇性给电力系统的稳定运行带来了新的挑战，尤其是对配电网的电压控制提出了更高的要求。在过去的十年里，我国新能源产业取得了显著的成就。以风电和光伏发电为例，装机容量逐年攀升，已成为世界上最大的新能源市场之一。根据国家能源局的数据，截至2022年底，我国风电和光伏发电累计装机容量分别达到350GW和320GW。在政策支持和市场驱动下，新能源发电技术不断创新，成本逐渐降低，逐步向平价上网迈进。1.2研究意义及目的新能源并入配电网的网侧电压控制策略研究具有重要的理论和实际意义。首先，随着新能源装机容量的增加，其出力的波动性和不确定性对配电网的电压稳定性造成影响。研究新能源并入配电网的电压控制策略，有助于提高配电网的电压稳定性，保障供电质量。其次，合理的电压控制策略可以降低配电网的损耗，提高新能源的消纳能力，促进新能源的可持续发展。本研究旨在深入分析新能源并入配电网的电压控制需求，设计适用于新能源并入配电网的网侧电压控制策略，并通过仿真分析和实验验证，评估控制策略的性能，为新能源的高比例接入和配电网的稳定运行提供技术支持。2配电网概述2.1配电网基本结构及特点配电网是电力系统的重要组成部分，主要负责将输电网送来的电能分配给各类用户。它主要由配电线路、配电变压器、配电装置和用户设备组成。配电网具有以下特点：电压等级多：配电网涉及多个电压等级，如10kV、35kV、110kV等，以满足不同用户的用电需求。网络结构复杂：配电网采用辐射状或环状结构，以适应不同地形、地貌和用户分布。负荷波动大：配电网负荷受季节、气候、时间等因素影响，波动较大。控制难度高：配电网涉及多种类型的新能源、负荷和分布式电源，控制策略复杂。2.2新能源并入配电网的影响随着新能源发电技术的快速发展，新能源发电在配电网中所占比例逐年提高。新能源并入配电网，对配电网的影响主要体现在以下几个方面：电压波动：新能源发电具有间歇性和波动性，可能导致配电网电压波动。电网损耗：新能源发电并网会导致配电网潮流变化，可能增加电网损耗。供电可靠性：新能源发电设备的投切、故障等因素，可能影响配电网的供电可靠性。控制策略：新能源并入配电网，对现有网侧电压控制策略提出了新的挑战。综上所述，研究新能源并入配电网的网侧电压控制策略具有重要意义。通过对网侧电压控制策略的研究，可以提高配电网的电压质量，降低电网损耗，提高供电可靠性，促进新能源的高比例消纳。3网侧电压控制策略3.1网侧电压控制原理网侧电压控制是配电网中的关键技术之一，其基本原理是通过调节电网中各个节点的电压，使得系统在满足各种运行约束的条件下，电压质量达到最佳。控制原理主要基于以下三个方面：电压调节设备：通过投切无功补偿装置（如电容器、电抗器等）调节系统中的无功功率流动，进而影响电压水平。控制策略：依据电网的实时数据和预设的电压标准，制定相应的控制策略，自动调节电压。通信与反馈：建立快速可靠的通信网络，实现数据实时反馈，保证控制指令的准确执行。3.2常用网侧电压控制策略目前，常用的网侧电压控制策略主要包括以下几种：固定控制策略：依据事先确定的规则，如电压上下限，对电压进行分级控制。这种策略简单易行，但缺乏灵活性和适应性。下垂控制策略：模拟同步发电机的下垂特性，通过设定合适的下垂系数，使分布式电源在并网运行时能模拟同步发电机的电压调节作用。电压-无功功率控制策略：通过控制设备（如SVG静止无功发生器）对电网中的无功功率进行调节，从而控制电压的幅值和相位。智能控制策略：运用人工智能技术（如模糊控制、神经网络、遗传算法等）对控制策略进行优化，提高电压控制的精确度和适应性。多目标优化控制策略：同时考虑电压控制、经济运行、系统稳定性等多目标，通过优化算法（如粒子群优化、多目标进化算法等）得到最优或近似最优的控制策略。这些策略在实际应用中可以根据配电网的运行条件、设备能力和新能源并网特性进行选择和优化，以实现最佳的电压控制效果。4.新能源并入配电网的网侧电压控制策略研究4.1新能源并入配电网的网侧电压控制需求随着新能源发电的规模不断扩大，其对配电网的影响日益显著。新能源发电具有波动性强、随机性大和间歇性明显等特点，这些特点使得并入配电网后，系统对网侧电压的控制提出了新的要求。新能源发电的波动可能导致配电网电压波动，影响供电质量，甚至可能引发电压稳定性问题。因此，研究新能源并入配电网的网侧电压控制策略，对于保证配电网的稳定运行和供电质量具有重要意义。4.2新能源并入配电网的网侧电压控制策略设计4.2.1控制策略框架针对新能源并入配电网的电压控制需求，设计了一套包含预测、决策和执行三个环节的控制策略框架。首先，通过预测模块对新能源发电功率和负荷需求进行预测，为后续的电压控制提供参考；其次，决策模块根据预测结果和当前电网状态，制定相应的电压控制策略；最后，执行模块根据决策结果，对相应的控制设备进行操作，实现对网侧电压的有效控制。4.2.2控制策略参数设置控制策略参数设置包括以下几个方面：预测模块参数：根据历史数据和新能源发电特点，选择合适的预测模型和参数；决策模块参数：根据电网运行经验和控制目标，设定电压控制上下限、控制策略切换条件等；执行模块参数：根据控制设备特性和控制效果，调整设备操作参数，确保控制效果。4.2.3控制策略性能评估为了评估所设计控制策略的性能，从以下几个方面进行评估：电压波动抑制效果：通过对比控制前后的电压波动情况，评估控制策略对电压波动的抑制效果；供电质量改善：通过计算电压合格率、谐波含量等指标，评估控制策略对供电质量的改善程度；系统稳定性提升：通过分析系统暂态稳定性和电压稳定性指标，评估控制策略对系统稳定性的提升效果。以上内容为第4章节“新能源并入配电网的网侧电压控制策略研究”的详细描述。5仿真分析与实验验证5.1仿真模型搭建为了验证所设计的网侧电压控制策略的有效性，首先在电力系统仿真软件PSS/E中搭建了一个含新能源的配电网模型。该模型包括风力发电和光伏发电两种新能源发电形式，以及传统发电机组和负荷。在搭建过程中，充分考虑了配电网的拓扑结构、线路参数、负载特性和新能源发电的随机波动性。仿真模型中，风力发电和光伏发电采用相应的数学模型进行模拟，确保其出力特性与实际相符。同时，根据配电网的运行参数，设置了合理的控制策略参数，以便在仿真过程中进行对比分析。5.2仿真结果分析在仿真模型搭建完成后，分别对以下几种情况进行仿真分析：无网侧电压控制策略时，新能源并入配电网的电压波动情况；采用传统网侧电压控制策略时，新能源并入配电网的电压波动情况；采用本文设计的网侧电压控制策略时，新能源并入配电网的电压波动情况。仿真结果表明：无网侧电压控制策略时，新能源并入配电网会导致电压波动较大，特别是在新能源出力变化剧烈的时段；采用传统网侧电压控制策略时，电压波动有所缓解，但仍存在部分时段电压波动较大；采用本文设计的网侧电压控制策略时，新能源并入配电网的电压波动得到有效抑制，电压质量明显改善。5.3实验验证为了进一步验证仿真结果的正确性，搭建了一个实际的配电网实验平台，包括风力发电、光伏发电、传统发电机组、负荷和相应的控制设备。在实验平台上，分别进行了上述三种情况的实验验证。实验结果与仿真结果相符，验证了所设计网侧电压控制策略的有效性和可行性。同时，实验过程中还对控制策略的参数进行了优化，以适应不同工况下的配电网运行需求。通过仿真分析和实验验证，本文提出的针对新能源并入配电网的网侧电压控制策略在确保电压稳定、提高电压质量方面具有显著优势。6结论与展望6.1研究成果总结本研究针对新能源并入配电网的网侧电压控制策略进行了深入探讨。首先，分析了新能源发展背景及现状，明确了研究意义及目的。其次，概述了配电网的基本结构及特点，并探讨了新能源并入配电网的影响。在此基础上，详细阐述了网侧电压控制原理及常用控制策略。针对新能源并入配电网的网侧电压控制需求，设计了相应的控制策略。该策略包括控制策略框架、参数设置和性能评估三个方面，为新能源并入配电网的电压稳定性提供了有效保障。通过仿真分析和实验验证，证实了所设计控制策略的有效性和可行性。研究成果表明，所提出的控制策略能够显著改善新能源并入配电网的网侧电压稳定性，为我国新能源发展和应用提供了有力支持。6.2存在问题及展望尽管本研究取得了一定的成果，但仍存在以下问题：控制策略在应对大规模新能源接入时，可能存在一定的局限性，需要进一步优化和改进。仿真分析和实验验证中，部分参数设置和场景选取具有一定的局限性，未来研究可以拓展更多场景和参数进行分析。随着新能源技术的不断发展，新型电压控制策略和设备的研究具有重要意义。针对上述问题，未来的研究可以从以下几个方面展开：深入研究新能源接入特性，优化控制