毕业论文-分布式电源对县级配电网电压水平影响的研究.doc

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IAbstractDistributed generation is often associated with the existing distribution network, therefore the study of the effect of distributed generation on original distribution system can contribute to its safe,reliable and efficient connection with the distribution network.How to join the distribution generation into the distribution network safely and reliably is directly related to the value of distributed generation.The impact of voltage of system will directly affect quality of Power supply and system stability as the injection of distributed generation.Therefore,the study of the impact of voltage becomes important after the injection of distributed generation.Keywords:Distributed Generation;Distribution System;Voltage Profile摘要.IAbstract.II 目录.III1绪论.11.1引言.11.2课题研究的意义.11.2.1分布式电源的概念.11.2.2分布式发电的种类.21.2.3县域配电网的现状.31.2.4木课题国内外研究现状.42分布式发电对县级配电网的电压影响.62.1分布式发电的并网及其对配电网的影响.62.1.1分布式发电的并网问题.62.1.2分布式发电对配电网的影响.82.2配网潮流计算.102.2.1基于前推回代算法的配电网潮流计算.102.2.2网络层次构造.102.2.3分层前推回代法.122.3潮流计算下的分布式电源对配电网电压的影响初探.132.3.1DG容量对电压的影响.142.3.2DG位置对电压的影响.152.3.3DG功率因数对电压的影响.162.4本章小结. .173分布式发电对县级配电网电压影响的仿真研究.183.1仿真模型的建立.183.1.1分布式发电的模型建立.183.1.2配电网及负荷模型建立.193.2分布式电源对电压影响仿真及分析.213.2.1理论分析.213.2.2分布式电源容量对电压分布的影响.253.2.3分布式电源位置对电压分布的影响.263.2.4分布式电源功率因数对电压分布的影响.283.3分布式发电并网的调压仿真及分析.293.3.1无功补偿及电压调整方法.303.3.2无功补偿装置.323.3.3分布式发电并网调压的仿真分析.333.4本章小节.374结论.38参考文献.39致谢.41III1 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(Distributed Generation,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解决这些问题。(5)含分布式电源的配电网规划 分布式发电的类型与规模多种多样,运行特性也各不相同,从而对电网产生的影响也不同,因此必须对分布式发电的类型、位置、容量进行规划,综合考虑系统网损、电压、继电保护等方面,使电网的综合性能达到最优。(6)无功优化分布式电源并网后会吸收或发出无功功率,从而使原有电网中电压和无功的分布复杂化,对无功和电压控制也较原有网络要求更高。新的控制装置如SVC、STATCOM、SSSC、VSC-HVDC等可被用来调节分布式电源并网后的无功和电压。由于它们的功能各不相同,性能和成本差异较大,对其的选择要根据电网实际情况而定,同时协调它们在调节电压、优化无功、提高电压稳定性方面的作用。(7)电力市场环境各种分布式电源成本不同,品质各异,并网后将对地区电网的运营产生很大影响,会改变电力交易方式:1)需要制定其与电网之间的供购电计划;而且完全由用户本身承担失电损失是不合理的,应确定失电损失的分摊对象、定量计算各对象分摊的失电损失。2)由于分布式发电技术仍处于研究初期,其成本依旧偏高,并网运行后也会给电网带来一些负面影响,因此要建立起一套合理的电价体制和市场服务体制,既可以鼓励发展分布式发电技术,尤其是利用绿色能源的分布式发电技术,同时也不损害电力公司的利益,实现地区电网和分布式发电的和谐发展。2.1.2分布式发电对配电网的影响分布式发电系统与电力系统之间存在四种方式:(1)分布式发电独立运行向附近用户供电;(2)分布式发电系统独立运行,但与地区电网之间有自动转换装置,在必要时支撑地区电网;(3)分布式发电系统与地区电网并联运行,但不向地区电网输送电能;(4)分布式发电系统与地区电网并联运行,并向地区电网输出电能。不同的运行方式有不同的特点和技术实现手段。常见的分布式电源是直接接入配电系统(380V或10kV配电系统)并网运行或采取独立运行的方式,将分布式发电系统集成到现有的配电系统中,也是今后分布式发电的发展趋势6。分布式发电的接入对配电网的供电经济性和节点电压、潮流、短路电流、网络供电可靠性等都会带来影响。(1)对电压分布的影响传统配电系统为单电源辐射状网络,正常运行状况下,沿馈线潮流方向,电压逐渐降低。若设负荷运行在恒功率模式下,系统稳态运行时,分布式电源的接入会减少线路上实际的传输功率,有的分布式电源同时发出无功功率,对线路进行补偿,从而使得线路负荷节点处的电压升高。实际运行中,负荷的有功功率与无功功率往往不是固定不变的。线路负荷的变化会使得线路电压发生改变,越接近线路末端,这种改变越大。有功与无功负荷随时间的变化会引起系统电压波动,朝线路末端方向,电压的波动越来越大。如果负荷集中在线路末端,电压的变化量将更大,一般尽量避免这种情况的发生。分布式发电接入系统后,会增大或减少这种变化量。本文的负荷设为恒功率模式。(2)对电能质量的影响分布式发电并入配电网后,也会对系统带来负面的影响,例如各种扰动,从而对系统的电能质量产生影响。其影响主要有电压闪变和谐波2个方面。分布式发电在下列情况下可能引起电压闪变:l)大型分布式发电系统投切;2)分布式发电的输出突然变化;3)分布式发电系统和反馈环节的电压控制设备相互影响。目前采用的解决方法是要求DG的所有者减少DG的投切次数并将DG通过逆变器接入配电网以减小DG输出的大幅度变化5。分布式发电在下列情况下可能引入谐波:l)分布式电源本身就是一个谐波源时;2)分布式发电经基于电力电子技术的逆变器接入配电网。分布式发电系统并入配电网时,还会带来如电压跌落、电压脉冲、瞬时供电中断等动态电能质量问题。(3)对网损的影响分布式电源的并入会改变原有网络的分布形式,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: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;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;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,则会使线路网损增加5、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。2.2 配网潮流计算2.2.1 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8、9、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。2.2.2 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2-1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。图2-1 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2-l所示网络中,支路共分为3层,即LlL3,支路5、6、9为第一层,支路1、2、3、7、8、10为第二层,支路4、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2-1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1-11,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2-1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: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2-1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。2.2.3 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2-1的支路i.潮流关系的计算公式为: (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:=le-6,k=0。前推回代法潮流计算流程图如图2-2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2-2 前推回代法潮流计算流程图2.3 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。图2-3 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。2.3.1 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0.85,滞后。DG出力改变见表2-1。表2-1 DG容量Matlab仿真结果图2-4 DG容量不同对系统电压的影响由图2-4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。2.3.2 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2-2 列出了DG的不同接入位置。Matlab仿真结果如图2-5所示:图2-5 DG位置不同对系统电压的影响由图2-5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。2.3.3 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12、29,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2-3。表2-3 DG不同功率因数Matlab仿真结果如图2-6所示: 图2-6 DG功率因数不同对系统电压的影响由图2-6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0.75时,甚至出现了电压下降。2.4 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2-4、2-5、2-6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。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。3.1 仿真模型的建立3.1.1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(3-l)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:通过调节励磁电流,即改变励磁电动势E。,可以改变发电机输出的无功功率。3.1.2 配电网及负荷模型建立配电网的主要作用是分配电能,即将发电厂通过输电网络传送来的电能分配给不同电压等级的用户。配电网按电压等级可分为高压配电网(35-110kV)、中压配电网(6-10kV和低压配电网(220-380V);按供电区的功能可分为城市配电网、农村配电网和工厂配电网7。本文配电网电压等级为10kV。馈线中不同位置分布有若干负荷。实际配电网中的负荷具有种类多,随机性大等特点,且负荷的有功和无功可能会随时间发生改变,对于这样的负荷一般较难确定其模型。为便于研究,木文所用负荷为恒功率静态负荷模型;同时,假设负荷三相对称;因电压等级较低,配电线路长度较短,三相线路间的互感也不予考虑;所有线路阻抗均折合到系统电压等级。对配网进行潮流分析时,虽然配电网络拓扑结构随实际情况不同而多变,但在我国城乡配电系统中,仍以放射状链式结构为主,这种结构的网络具有接线可靠、保护整定容易、扩容简单等优点。本文研究的配网的电压等级为10KV,属于中压配电系统,变电站的每一回10KV出线为一条馈线,同一条10KV母线可能会引出若干条馈线。一般情况下分布式电源容量较小,实际应用中也是多接入规模较小的配网系统。因此本文以单馈线为模型是可行的。单馈线模型为:沿馈线将每一集中负荷视为一个节点,将变电所的低压母线编号为O,后面负荷节点依次编号为1,2,3,im(m为负荷节点总数);节点i-1到节点i之间线路阻抗为Ri+jXi,以变电所低压母线电压为参考电压,设为,并假定其恒定不变。本文所用馈线模型如图3-1所示,SB=10MVA,UB=10kV。线路阻抗和节点负荷以标么值形式列于表3-1,系统总有功负荷为3038kW,总无功负荷为2561Kvar。图3-l 配电网馈线模型表3-1 线路阻抗和节点负荷数据103.2 分布式电源对电压影响仿真及分析在第2.3中己经通过潮流程序初步得出了分布式电源的接入会对配电网电压带来影响。而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,本节将详细分析这些影响。3.2.1 理论分析设某线路总有功功率为PL,总无功功率为QL,共有m个节点。分布式电源的容量为。假设DG接入点为节点d,节点a、b分别为d点前后任意两个节点,如图3-2所示。图3-2 馈线模型(1)由电力线路的电压损耗理论,研究a点电压式中Ua为节点a的电压;Ud为d的电压;U。为电压降;节点a到节点d的线路阻抗;为节点a到节点b传输的总功率。当在d点接入容量为的分布式电源后,节点a到节点b传输的总功率变为:整理得:(2)节点b的电压为式中Ub为节点b的电压;U。为电压降;节点d到节点b的线路阻抗;为节点a到节点b传输的总功率。当在d点接入容量为的分布式电源后,未接入DG前一致。分布式电源接入后,节点d的电压为由此可知,当分布式电源接入后,会使接入点的电压升高,升高的值为由上述分析式可知，分布式电源接入某个节点d时,会使得接入点和接入点之前的节点电压升高,升高值为 。而对于接入点之后的节点电压没有影响,但由于接入点电压被提高,所以之后节点电压也随着提高,但电压曲线和无DG时一致。由以上分析知,当分布式电源接入后,节点电压的变化主要由分布式电源的容量、接入位置、功率因数这3个因数有关。具体的接入方式要按实际情况分析,并不是容量越大越好。以下对分布式电源接入后对系统的网损做简单分析。为方便分析,利用如图3-3所示的简单线路模型。图3-3 简单线路