《分式电源在配电网中的布点规划研究》8100字（论文）

PAGEIPAGEII分式电源在配电网中的布点规划研究目录TOC\o'1-3'\h\z\u第一章绪论 31.1分布式电源背景与研究意义： 31.2国内外发展现状： 4第二章分布式电源模型 42.1分布式电源定义 42.2分布式电源的分类 42.2.1风力发电 52.2.2光伏发电 52.2分布式电源基本原理 72.3潮流计算原理 8第三章分布式电源的仿真 103.1分布式电源对配电网电压分布的影响 103.2分布式电源对配电网中网损的影响 12第四章总结 13第四章总结PAGE15PAGE14第一章绪论1.1分布式电源背景与研究意义：随着世界电力行业的飞速发展，用于生产电力的化石能源和的消耗越来越严重，从而导致世界环境受到了不小的污染，在人类和世界的发展中能源站着非常重要的作用，因此能源的重要性就不用多说了。过多的消耗化石能源会导致严重的污染，所以各个国家对新型清洁能源都有积极政策。在所有清洁能源中光能的优势非常明显，光能作为我国目前可利用的能源中一次转化效率非常高,零污染，经济性很高，使用起来相当方便，储量最大的能源，光伏发电是我国未来电力行业发展的重要选择之一。我们拥有广阔的国土面积，特别是在一些偏僻地区，大范围地受到太阳光的照射，因此我国对于太阳能的应用是非常适合的。在整个我国的过去四十多年来,由于当时我国的市场经济和社会人民生活水平的发展非常迅速,工业疯狂的兴起和发展,人民的生活对输电网需求非常巨大,我国集中式供电网络的建立和规模迅速扩张,从而也极大的促使了当时我国与其他电力行业的前进和发展,自从我国深化了改革和开放以来,我国已在全省各地都已经建立了输电线路,我国的集中式电力系统已经相当完善,但由于本国不同的地理位置和偏远地区之间的关系,电力行业的变化和发展并不平衡,对于一些广大的城市和乡镇地区,尤其是农村和贫困地区的经济不发达偏远地区和贫困乡镇来说,特别是一些偏远地区,要想能够建立起可靠的集中式供电系统,需要投入大量的投资和时间,所以一些偏远地区的输电效果很不理想,因为其所处的自然环境条件恶劣或者是距离整个电力系统过远,要想建立起可靠的集中式供电系统,需要花费大量投资和时间,所以一些偏远地区的输电效果很不理想,因为其自然条件恶劣或者距离电力系统太远，建设和维护电力网费用太高，导致供电效果太差，不可靠。分布式发电对于某些地区来说是一个很好的选择,综合各种影响因素,利用太阳能发电进行分布式发电。这类分布发电的主要优点很明显:(1)不造成污染,用太阳能发电没有对环境产生任何污染,不会对人体和环境产生伤害。(2)就地接入,分布式发电由于就地接入位于用户侧,靠近负荷集散点中心,大大降低了分布式输配电线路的施工费用和运行损耗。(3)可靠和安全,分布式电源能够有效地减少了对煤炭的严重依赖和能源消耗的程度,而且它们能够在一定的程度上缓解了能源危机,同时分布式电源与其他传统集中发电的方法和模式不相同,电源的合理分布和发散不集中,不易因为各种突发事故和意外的灾害而严重影响到我们的电力供应,具备了抵御各种大规模停电的能力。当DG接入配电网中的各个节点时,将给配电网的运行等方面带来一系列的问题和麻烦。电压效应。在分布式电源并网条件下，区域电网的接入电压变化较大，而分布式电源只要是分布式电源，即使接入位置不变，其接入电压也会发生较大变化。对继电保护的影响。继电保护就是线路出现故障时,供电系统就会去检查故障并且还会对这些故障进行切除,从而通过继电保护系统将损失减少到最小。连续接入DG会引起系统短路状态的改变，直接影响继电保护的正确性和可靠性。一旦发生故障，线路的上、下也会变得复杂。（3）对网损的影响。通常情况下，网络损耗的大小与负荷有关，但是含有分布式电源的配电网网损不仅与负荷有关，而且与DG的容量大小和在配电网中所接位置有关。分布发电在并网后将使配电网潮流发生变化，这不再是由母线向单边流向负荷引起的，而是不可预测的。1.2国内外发展现状：中国和外国的学者大部分从降低网损、费用消耗、静态电压稳定裕度等方面建立函数和模型。从建立我国电力配电网中分布式动力电源系统规划管理模型所需要采用的电源目标功率函数的统计数量和应用方面两个角度分析来看,，可以将其模型分成单目标模型和多目标模型多目标模子多个目标函数间量纲可能不太一样，重要性一般也不相同，并且通常不能够同时达到最优的选择，甚至存在相互矛盾，相互冲突的情况。由于含DG的配电网络布点、容量计划是一个多变量、非常复杂、范围很广的组合和优化问题，因此，解决如此庞大的问题，具有相当的挑战性。第二章分布式电源模型2.1分布式电源定义国外关于分布式移动发电技术评价的基本准则认为，其的基本特征有四个。特征一:直接向交流负荷电路供电,潮流一般不影响可能使用超过上一级的交流变压器。特征二:电池装机容量规模小,一般在10mv及以下。特征三:一般KV配电网可以接入中压或低压KV配电网,通常设置在10(35)或5千伏及以下。特征四:能源发电综合方式这种类型主要特点是综合利用可再生清洁能源方式进行综合发电,资源综合利用进行发电,高效多联网直供(一般可再生能源综合效率达到70%以上)。综合利用国际上一些主要有关能源国家及其国际组织的资源界定技术标准和目前我国分布式无线电网的发展特点,分布式上网电源通常我们可以明确地将其定义包括为:一种可再生能源，用于综合利用分布式电网资源，这种能源通过等级电网以低于10(35)千伏或更低的交流电压电力进行综合利用，并采用多联式电网供电。分布式光伏电源发电主要含义指一种利用光伏发电组件,将大型太阳能板上所有工作人员自动接收并得到的阳能光照直接转化成光伏电能的一种分布式光伏电源管理系统;目前为止世界上国内使用最多的大型太阳能板是DG光伏系统,也就是一种建在大多数城市宽阔顶层的大型太阳能光伏发电。此类工程必须与邻近的配电网并网并网。分布式系统只有依靠公共电网对分布式电源的支持，才能保证用户使用可靠性和服务质量。2.2分布式电源的分类2.2.1风力发电在倡导绿水青山就是金山银山理念的时代背景下，三大化石能源已经无法满足人类对高质量环境的需求，开发清洁、环保、可持续发展的新能源显得尤为重要。作为新时代的绿色能源代表——风能，在开发技术已经相对成熟。其具有的蕴藏量巨大，无污染，可大规模开发利用等突出优势，受到能源科研机构的青睐。国内外对风能的关注程度使得对风能的研究相当的重视，加大风能的利用对未来的新能源结构发展有着重大的意义。风力发电不用像水力发电一样筑坝，不用像核能发电一样需要建造成本极高的安全保护措施，在新能源发电发展中迅猛发展。以往，世界各国都主要依靠挖掘煤、火油等能源来进行发电，但是随着不可再生能源储量的减少和生态环境的破坏，人们意识到必须要寻找可再生的、绿色的能源来代替。风作为常用的分布式能源之一。它很容易获取且还是无穷无尽的。在缺乏能源和物质，交通极为不便的小岛、草原、沙漠、山地和高原等特殊情况下，因地制宜，综合利用风能，是十分适宜的。在新的能源领域中，风能无疑是相当占优势的：蕴量巨大，分布广泛，清洁可靠，一般情况下不会对环境造成污染，既不必勘察，又不必筑坝，虽然土地占有面积大，但是可与农牧共存，具有很大社会经济效益。由于我国海面上的风能资源十分丰富，因此，加快海面上的大型风电项目建设，对于推进沿海各省治理酸雨、雾霾、调节能源结构、加速转变国民经济增长方式等，都具有重要意义。风机的叶片被风推动,从而可以使得风的机械动能直接转化成风机的叶片和电动机械能,再把整个风机叶片的驱动力和电机的机械能都直接转化为一种风力的驱动能,这个过程也就是我们俗称的风力发电。利用风力对涡轮增压发电机进行驱动的工作原理主要是利用风力对其产生的驱动功率能够直接带动涡轮驱动器叶片的旋转,然后涡轮驱动器叶片的旋转速度被涡轮驱动增速器推动而进行一步加速,来推动涡轮驱动风力发电机。风力发电己经在全球和国际上的范围内迅速地形成了新的潮流,因为我们的风力发电方式不仅需要用到任何燃料,而且对环境和空气也没有太大的污染。使用这种风能涡轮发电所所必需的各种发电设备,都被人们称为通用风力涡轮发电机。此类型的风力机主要功能可以将其划分并列为三个主要方面:风力发电机、塔筒及两个风轮(其中一个包括尾舵)。其大致如图所示：图12.2.2光伏发电光伏风能发电在咱们我国目前具有显著的资源环保性和社会经济效益,是最优质的一种绿色清洁能源之一,WWF的一项研究分析结果显示：在一些方面的经济效应是每年减少1吨二氧化碳，而在另一些方面，安装1平米的风力发电辅助系统就相当于种植100平米的树木,目前我国开发利用光伏等可再生绿色能源的主要应用已经在于从根本上得到解决了它是雾霾、酸雨等各类环境污染问题的有效解决方法之一。PV综合发电组件系统由以下组成部分组成：PV综合发电系统方阵(由PV直接串联并并联构成)，控制器，蓄电池组，直流/高压交流PV逆变器.它将大量利用太阳光的放射性光能直接地转换成电能,我们同样可以对它进行光电综合利用也或者我们可以通过直流逆变器将其电能转化出来成为一种电或交流电再同时加以进行综合利用,从另一个新的角度上我们来看对于光伏发电系统所需要产生的这些动力和利用功率我们可以来说是即发就可利用,也或者我们可以通过光伏蓄电池等已经存储好的装置把这些动力和利用功率都随时存放了存储起来,根据用户需要随时随地释放动力出去后再加以使用。太阳能的光伏发电通常主要采用有两种相互转换发电方式:一种主要采用的原则是光-热-冷和电的相互转换,另一种主要采用的原则是光的冷-热和电间的直接相互转换。光-热-电转换的方法主要指汽轮机可以利用太阳光线对涡轮机进行辐射而产生的热能输送到空气中进行涡轮发电,通常都是由太阳能集热器将需要吸收的热能输送到空气中并转化为蒸汽,然后再推动涡轮机发电。前者以光-热相互转换为主,后者则以光-电相互转换为主,像一般火力发电那样,太阳能热相互转换为风力发电的最大优点之一就是其工作效率极高,成本相对较低。实现光电直接转换技术途径主要有两条:第一是充分利用光伏效应,把经过太阳光线辐射出来的能量直接变成了电能,实现这种技术的基本设备之一便是太阳能引擎电池。蓄电池之所以可以收集太阳能,这主要是因为太阳光通过某些反射过程产生的伏特效应,从而可以实现将其他太阳能直接地转换成装置中的电能,该装置中的半导体光电二极管自然地会将该装置中太阳的所有放射性光能都转换成其他的电能,从而生产产生了相应的流量。若将多台电池串联或并联在一起,则它们会被开发出来形成一组具有高输出容量、较大功率的太阳能电池阵。作为一种非常极具市场潜力的新型混合动力电源,太阳能混合动力电池既具有其持久性、清洗率高、使用灵活度低等诸多优势,又具备其使用寿命的极长,只要能够实现一次性投资并长期使用。图1为太阳能发电系统。图2光伏发电系统受环境的影响很大,光强的变化，温度的变化，光强的变化，也会引起输出功率的变化，具有一定的随机性,光伏阵列的输出功率可表示成：Ps式中的i表示当前的光照强度且其单位是w/㎡,s表示为光照强度的平均曝光面积,单位为㎡。2.2分布式电源基本原理图2中所表示的为一条含分布式电源的辐射电路，假设分布式电源接到第i个分支点上，根据该处节点上的负荷与分布式电源的有功大小之间的关系可以得到该处用户与配电网中的有功功率流动情况：图3（1）当PDG>Pli时，该直流负载供电节点将向当地配电网用户提供PDG-P（2）当PDG=P（3）当PDG<Pli时，配电网将对该负载的各个节点给予Pli经过分析我们得出了以下几种情况,即使分布式电源被并入到配电网中都有可能会导致配电网中的所有线路潮流的单向流动方式发生改变,而在配电网中所有的系统保护则是根据所有线路潮流的单向流动这一基本特点来对其进行设计,因此,为了使得在配电网中所有接入分式电源后的潮流单向不会发生任何改变,在配电网中所需要安装的分布式电源的容量不会超过其所在节点的负荷大小,，即PDG<P在确定DG容量时，需要考虑功率平衡、节点电压、线路传输功率、DG容量的限制，它们具体数学模型分别如下：∑PL+∑∆P-PS∑QL+∑∆Q-QUmin。i≤UiPDGmin。i≤PDG.I其中PDG和QDG分别是是分布式电源所发出的有功和无功功率；PL和QL分别是负荷的有功和无功功率；PS和QS是系统输送的有功和无功功率；∆P和∆Q是有功和无功功率损耗；Ui是节点i处的电压；U2.3潮流计算原理计算出一个配电网的潮流源辐射供电主要有三种方法:牛顿拉夫逊法、高斯法和先进的前推返代法。在输电网中,牛顿拉夫逊方法的实际应用更为广泛,因为此种方法在输出电压最初值的设定要求比较高,雅各布矩阵比较复杂,计算繁琐,而且输出的配电网越是接近输出馈线末端其输出电压值也就越小。如图为配电网系统模型：图4如图为分布式电源并网后的配电网系统模型：图5图中：G所表示的距离为分布式输出电源与变电站之间的距离；L所表示的意义为分布式输出电源和负荷之间的距离；PL为负荷在系统中的有功功耗；QL为负荷在系统中的无功功耗；IL为经过负荷的电流；I在模型中，系统负荷的表达式为：SL=PL在公式中：PL为负载所消耗的有功负载功率；Q流向负荷的电流表达式为：IL=理想配电网中未接入DG，其网络损耗计算公式为：Loss=rL（接入了DG的配电网中分布式电源的电流为：IG=式中：PG为一个分布式电源发出的的有功输出功率；Q对于一个需要接入分布式备用电源的网络配电传输系统,可以从分布式备用电源的接入网络物理接入点和网络地理中心位置把其接入网络的电源损耗大小分成两个组成部分,即布式变电站和分布式备用电源之间的损耗Loss1，以及分布式电源与负荷之间的损耗Loss流入负荷的电流为：IL=IS变电站与DG之间的损耗为：Loss1=3rGIS接入分布式电源之后负荷的电流没有发生什么变化，所以分布式电源与负荷之间的损耗为：Loss2=3r（L-G）IL所以接入DG后配电网的总损耗为：Loss=Loss1+Loss2=rL3U2经过对比可得引入分布式电源后，分布式电源并网以后配电网网损变化量为：∆Loss=Loss1−Loss2=rL从上式可以看出来，当∆Loss<0时，配电系统的网损增大了；反之，则配电系统的网损减小了。第三章分布式电源的仿真3.1分布式电源对配电网电压分布的影响为了理解DG的并网对于配电系统网络中电压的作用和影响,我们先分析了未加入任何一种分布式电源的配电系统网络中的电压。为了对其进行更更深入步的研究,我们分别选择了使用ieee33节点分析图算法来对该图的问题节点进行综合分析,如问题图3.1所示。1节点系统是一个交流变电站,系统的总输出的额定电压及其控制功率范围一般为12.66千伏,视在功率的控制基准值上还可选取10mva,系统的总输出有功和无负荷功率分别为3715.0kw,总无功负荷分别为2300.0kvar。图6（1）无分布式电源时，配电网络电压分布如下：图7节点标号14681014182224262830电压数值（KV）12.6612.4112.0211.9011.7711.6311.5812.3412.4111.9011.7711.64从这张图可以看出电压随着潮流方向从节点1到节点18电压一直在持续降落，离电源越远电压越低，节点19和节点23虽然节点号大，但是它们距离电源却很近，所以节点19和节点23的电压很高。（2）我们在节点4，节点7，节点10，节点13，节点16，节点18处分别接入DG电源，且DG电源大小为总负载的30%。其各节点电压分布如下图：图8从图中的折线变化可以看出加了分布式电源以后每个节点的电压都升高了，不论在哪个位置加分布式电源节点电压都会升高，且通过对比这几条曲线可以看出所加节点位置越靠后对电压的抬高效果越明显。分析图像可以知道当分布式电源加在母线线路后半部分时母线上的电压降落不在明显，在母线上加分布式电源对其他支路的电压没有太多的影响。将两幅图像进行对比分析，可以很好地理解分布式电源对线路电压的影响，为使电压有较好的升降效果，综合考虑分布式电源应加装在母线的后部。分布式电源加在母线的前半部分的话对电压的抬高效果不算太好，加在母线末端的话抬高的电压可能超出安全值。对于这种多分支的辐射线路而言，在一条支路上加分布式电源对本支路的电压有抬高效果，但是对其他支路的电压没有太大的影响。3.2分布式电源对配电网中网损的影响电力系统的最大网络容量损失与每个DG的网络容量大小及其主要接入点点的位置密切相关。因此为深入探究各种分布式无线电源对联络网损的直接影响,我们从DG电源接入使用地点和输出容量两个主要角度对其进行了综合分析。（1）分别在节点4，节点7，节点10，节点13，节点16，节点18加入DG。结果如图所示：图9DG分布情况不加DG节点4加DG节点7加DG节点10加DG节点13加DG节点16加DG节点18加DG网损标幺值0.210.150.1030.10.10.1120.125从图中曲线可以看出，加了DG以后配电网的网损降了下来，并且随着接入位置的不同网损的大小也有所变化。从图中看出当DG从节点1分别接到节点10网损一直处于下降趋势，但到了节点10以后网损又处于一个上升趋势。所以根据图中数据可以看出DG电源所加的最佳位置应该位于配电网母线的中部，在中部的节点加分布式电源配电网的网损最小。（2）讨论完分布式电源接入位置对网损的影响，研究分布式电源的容量对网损的影响。经过对网损的考虑我们选择在节点10接入分布式电源，其容量分别取10%，20%，30%，40%，50%。图10所加DG容量状况不加DG加10%容量DG加20%容量DG加30%容量DG加40%容量DG加50容量DG网损标幺值0.20.1780.1260.1140.1470.138由此可以得到：分布式电源容量的增