接入DGs的配电网静态电压稳定性与应用

1、目录 摘要 .IIIABSTRACT .IV第 1 章 绪论 .11.1 课题研究的背景及意义 .11.2 国内外发展现状 .21.3 本设计主要研究的内容及步骤 .3第 2 章 配电网的潮流计算分析 .52.1 潮流计算的基本概念及意义 .52.1.1 主网的潮流计算 .52.1.2 配电网的潮流计算 .52.2 前推回代法的基本原理 .62.2.1 前推回代的基本步骤 .62.2.2 前推回代的潮流算法流程图 .72.3 本章小结 .8第 3 章 配电网的电压稳定性分析 .93.1 静态电压稳定性意义 .93.2 电压稳定性分析方法 .93.2.1 动态分析方法 .93.2.2 静态分析方

2、法 .93.3 配电网的稳定性分析指标 .103.3.1 电压稳定性指标 L .103.3.2 电压稳定性裕度 Ku .123.3.3 电压稳定指标 VSI .143.4 本章小结 .15第 4 章 配电网电压稳性仿真实例分析 .17I4.1 实验电网及原始数据 .174.2 MATLAB 概述.194.3 仿真及计算设置 .194.4 分布式电源对配电网电压稳定性分析 .204.4.1 同一节点接入不同容量 DG 对配电网静态稳定性能影响 .204.4.2 不同位置接入同一容量 DG 对配电网静态稳定性能影响 .214.4.3 多节点同时接入 DG 对配电网静态稳定性能影响 .224.4 本

3、章小结 .23第 5 章 结论 .24谢辞 .25参考文献 .26附录 .27II接入DGs的配电网静态电压稳定性分析与应用摘要 目前，世界能源危机和环境污染问题等，使用新能源发电比如太阳能光伏发电、风力发电，有着巨大发展潜力，并且新能源发电大都以分布式电源 DG(Distributed Generation)方式接入电网中。但是随着 DG 大规模安装进配电网络时，其缺陷也会慢慢出现。DG 大量安装进配电网络时，不仅会使配电网络的辐射状发生改变，还会使潮流分布还有短路电流水平发生变化。开始，介绍了含 DG 的部分基本概念，并且分析了国内外 DG 进展对比。其次，介绍了配电网单相潮流计算的概念和

4、原理，对接入分布式电源时电网的电压稳定性理论推理阐明,对电压稳定性指标进行推导计算。最后, 使用 MATLAB 软件构建用于仿真模型，研究不同的 DG 分布式电源容量、不同的安装位置和数个分布式电源一起安装进配电网络对系统静态电压稳定性能的作用，实现配电网潮流计算。已知指标求解基础上，对静态电压稳定指标进行运算分析，然后分别对分布式电源在不同容量、不同位置情况下安装以及分布式电源接入形式不同下的电压分布情况下进行仿真理解，最后进行初步电源规划。关键词：分布式电源 DG，配电网，静态电压稳定性 IIIImpacts of Distributed Generation on Steady Stat

5、e Voltage Stability of Distribution networkAbstractCurrently, the world energy crisis and environmental pollution, the use of new energy such as solar power, wind power, has great potential for development, and new energy mostly in the distributed power (Distributed Generation) way to access the gri

6、d. But with the large-scale installation at DG into distribution networks, its shortcomings will gradually appear. When DG large installations into the distribution network, radial distribution network will not only change, but also the current distribution as well as short-circuit current level cha

7、nges.Start to introduce some of the basic concepts including DG, and analyzes the progress at Home and Abroad DG. Secondly, the distribution network of single-phase flow calculation of the concepts and principles of theoretical reasoning voltage stability clarify the access of distributed power grid

8、 voltage stability index derivation calculations. Finally, the use of Matlab software to build simulation models, the DG of different distributed power capacity, and several different mounting positions installed with distributed power distribution network into the system static voltage stability ro

9、le in achieving distribution power flow calculations. Solving known indicators, based on the calculation of static voltage stability index analysis, and then were distributed simulation to understand the power at different capacities, install and voltage distribution of different forms of access und

10、er the distributed power at different locations, the last preliminary power plan.Key words: Distributed Generation,Distribution network, static voltage stability0第 1 章 绪论1.1 课题研究的背景及意义当今世界能源危机日益突显促进了对新能源的须要，而且民众的环境保护认识的越来越强。以新能源发展为基础的 DG 给电力行业发展提供新的研究方向。 DG 与配电网络的联结，很快成为电力系统进展的首要趋向。分布式电源(Distribute

11、Generation)常常指那些 50MW 以下直接接在配电网络附近的小型电源，与环境相容的独立电源。并且因为它的能源的利用率高，污染小，投入资金少，用地面积小、可靠性和安全稳定性的优点。DG 可以极大降低电网建造的投入、损耗和运行费用；可以减少或者延缓远距离输电线以及新建大型发电厂情况的出现；可以分担系统用电高峰时电网的压力，可以起到平衡负荷的作用。DG 作为现有电力发电输电的备用电源，可以大大减少现有发电输电设备的备用，提高利用率。根据 DG 利用是不是可再生资源，能够把 DG 分成 2 种。一种以可再生资源为基础的，包含：风能、太阳能光伏、地热能、生物质、潮汐能、生物质能等发电方式。第二

12、种是为不可再生资源作为发电燃料的，它们包括：燃料电池、微型燃气轮机、内燃机、热电联产等发电方式。现在电力系统采取的还是大范围集合式发电，高压电塔长距离送电与电网联结运行的运转形式。有着部分缺点：对于负荷的变动响应慢，一些小规模的故障问题就会轻易引发连锁反应，导致电力供应断开。在 2008 年初，我国南部大范围地区的发生了难得一见重大雪灾，高压电线被压断了，电塔也被压塌了，从而导致电力供应长时间的大面积的断开。同一年的汶川地震对电网造成了严重破坏同样也导致了长时间的大规模电力中断。所以，如果再发生严重灾害导致大规模的电力中断时，仍然还有和配电网相联结的 DG 在运行，就能够很大程度提升供电可靠性

13、。即使无法恢复所用用户的供电，也可以恢复一些比较重要的机关机构（政府、医院、通信公司等）的供电。屡次大范围断电事情足够说明了现在电力系统的弊端。所以 DG 接进配电网就非常有必要。DG 接入配电网络应该要充分考量负荷大小，所在地区资源分布，根据具体环境条件，灵活地选取合适类型和位置，将来能够给电力系统提供强力支持和强大有力补充。然而，随着大规模接入 DG，配电网络会产生另外的问题。随着 DG 接进就会使配电网络中每个支路的潮流已经不是单向流动，所以 DG 的接进会对整个电力系统造成重1大影响。而且会对含有 DG 的配电网络产生潮流分布，电压稳定，谐波，短路电流和继电保护等问题。电压稳定性是电网

14、稳定可靠运行很重要的前提。所以对接进配电网络的DG 容量大小、位置进行分析，并做出初步电源规划。1.2 国内外发展现状近些年来我国电力制度变革，未来将会把政府职能和电力公司功能分离,将发电部分和配电部分完全分开，建成了发电部分的市场竞争制度，给 DG 发展奠基了稳固的基石。由于西部大开发战略，将西部丰富天然气送往北京、上海等其它地方。由于“西气东输”项目的实行，让 DG 得到了极大的蓬勃发展。当前,在中国对于 DG 的研究已经开始，有些研究机构和大学开始投了许多人力、物力对 DG 统的大力研究。政策激励、资源条件和产业基础等因素决定了 DG 发展。DG 发展的速度取决于政策激励，DG 发展的规

15、模大小取决于资源条件，而 DG 发展的成本取决于产业基础。接下来从政策激励、资源条件、产业规模三个方向比较说明世界上一些典型主要国家和中国 DG 的发展近况。如表 1-1 示： 表 1-1 2010 年国内外分布式电源发展现况对比 单位：万 kW国家天然气多联供水电风电、太阳能发电等合计中国700226610483384美国15601259072592日本4534007021555德国24040029063346英国42548102475丹麦1521324477注：数据来源于美国能源信息署（EIA）、国际能源署（IEA）、日本天然气协会及德国光伏协会等。 我们从表1-1 可知，截止 2010

16、年为止,德国,中国，日本,美国 DG 的装机容量大小分2别为 3384、3346、2592 和 3346KW。占总数的 22.8%,3.5%,5.5%和 2.5%,都没有成为主流的供电方式。总而言之，虽然 DG 没成为主流，但是发展并不落后。可是因为资源条件、激励政策，以及工业基地的影响，DG 种类有着显著技术差异。当前中国的 DG 还是中小型水力发电为主,总规模为 22660000 千瓦,发电总量处在世界领先位置。发展规模和发电量都处在世界前列。但是 DG 的太阳能、风能、天然气设备发电仍然处在初期发展阶段，规模均相对小。截止 2011 年底，电网公司建成 35kV 及以下的 DG 总量大概

17、15600,装载容量为 3436 万 kW,发电总量为 1033 亿 kWh。DG 中水力发电的发电量最多,装载总量 23760000 千瓦,占 DG 发电总额的 69.2%；然后是余热、余压、余气发电装载总量为 7300000 千瓦,占分布式电源发电总额的 21.2%；农业和林业生物质发电总量为450000kW,占分布式发电总额的 1.3%；DG 的太阳能、风能和天然气设施发电还处在初步过程，装载容量相较于其它分布式发电较小,分别 103、48 和 38 万千瓦,各占统计总容量的 3.0%、1.4%和 1.1%。1.3 本设计主要研究的内容及步骤本次毕业设计主要任务是钻研DG接入配电网络后分

18、析系统的电压稳定性，然后以这为基础展开进行DG规划的研究。学会使用MATLAB进行配电网潮流计算和支路电压稳定性计算，分析系统薄弱支路环节并作分布式电源规划分析。本设计研究的主要内容如下： 1、概述对支路电压稳定和电力规划相关文献，分析它们各自的优点和缺点，这些方法的文献研究，并提出了本设计的课题。 2、掌握配电网的电压稳定性指标计算原理和方法。 3、实现配电网潮流计算。 4、研究配电网电压稳定性在 DG 接入后会有什么影响影响，然后以这为基础做出电源规划。本文主要步骤：1、查阅目前国内外相关配电网络电压稳定性影响并且它在电源规划中应用研究情况。2、研究 DGs 对配电网络的作用与配电网络的

19、。3、掌握配电网的潮流计算。4、配电网电压稳定性指标建立、推导与计算，并作实例说明阐述。35、学习掌握 MATLAB 来达成对配电网的电压稳定的仿真。用 MATLAB 软件对接入分布式电源后的配电网电压稳定进行分析。包括对接入分布式电源的容量大小不同、位置不同对配电网络电压稳定性作用。6、根据结果，分析说明分布式电源对配电网电压稳定的影响，做出电源规划方案。4第 2 章 配电网的潮流计算分析2.1 潮流计算的基本概念及意义潮流计算，就是指对电力系统某一稳态运行方式，明确系统的电压和功率分布，即计算出各个母线（节点）电压幅值和相角，还有流过所有元件或者设备的有功功率与无功功率。求解潮流问题的基本

20、方程式是节点功率平衡方程。 潮流计算的意义：电力系统的潮流计算和分析是电力系统运行和规划工作的基础。一个正在运转的电力系统，经过潮流计算能够得到：当各类电源和负载改变与网络构造变化，电网中全部的母线电压能不能够一直维持在许可限度内；由于各个设备（元件）可能会过负荷而对电力系统造成危险，因此要加强研究和定制出对应的安全举措。对于还处于筹划的电网系统，当它经过潮流计算，就能够查验出电网规划是否能够适用于各类运行需求，方便制订出能够适用将来供电负载增加需要，而且还能保障安稳运行的网络规划计划。2.1.1 主网的潮流计算主网的潮流计算是主要利用牛顿迭代法和 P-Q 分解法。牛顿法是非线性方程线性化，收

21、敛性好，其收敛导纳矩阵迭代法更好，占的内存也小，是求非线性方程是最有效方式。P-Q 分解法是以牛顿法为基本改进发展而成的。不同的是，从要求迭代次数来说用 P-Q分解法要更多，但是比起牛顿法来说总运算时间更短，而且运算速度提高。它们共同点在于，牛顿法和 P-Q 分解法属于二阶算法，都要解决的雅可比矩阵，两种办法可以容纳持续发展的电力系统，用在在潮流计算中都是十分好用的、有效的方法。2.1.2 配电网的潮流计算 配电网是指由架空线路、电缆、配电变压器、开关、无功补偿电容等设施设备组成。配电网络一般情形下是环网建设，辐射运行的原则。分支的参数 R/X 的比值比较大；参数不对称和三相负载不平衡问题的三

22、相分支参数是更显著。对于以前的潮流计算的相关因素，运用的方法比如如牛顿拉夫逊法和 P-Q 分解法，发散或振荡情形在配电网计算分析中经常发生,在许多方法中这种方法是最有效的，它所占内存同样很小。所以在配电网络的潮流计算解析中前推回代的方法使用更加普遍使用。5根据配点网络的结构特点，行业内发表了许多计算方法，但是那些计算方法的归类并无一个一致的准则，比如有人把配电网络潮流计算其分成，分支功率型，分支电流型，母线电流型和母线功率型；同样比如有人从三相处理方面上能分成：相位分量的方法和序分量方法（也被称为对称分量方法），并将这两种方法联合的混合方法；然而另有人从传统潮流计算方面可以分为：前推回代的方法

23、， BUSZ高斯法，直接法，修改后的牛顿法和 P-Q 分解法分类。设计选的是前推回代的方法，下面会对这种方法作出具体的说明。2.2 前推回代法的基本原理前推回代法在已经知道配电网络的初始端电压和末端负载条件下，从某一节点连接的支路开始向根节点计算单位。一开始电压初值取额定电压，依据负载功率从末端朝始端逐步推算，只有计算在每个元件中的损耗功率而不计算节点电压，求取每条支路上的电流和损耗功率，求取支路的首端功率，这就是回代阶段；然后又按照一开始提供的始端电压和求得的始端功率，由初始端向末端逐步推算压降，求得每个节点电压，这就是前推阶段。就这样反复进行这一过程，直到所有节点功率误差范围满足容许要求。

24、2.2.1 前推回代的基本步骤（1）前推：设每个节点电压都为 01（Pu值）。然后设各节点电压为 V。依据节点的对应的P-Q值来计算出各个节点的功率和各条线路的功率、损耗直到最后回推到根节点。图 2-1 简单支路由图12可得：节点 i 与节点 j 的功率损耗公式为： （2-1）节点 i 与节点 j 之间的传输功率公式为：222jjijjRjXPQSV6 （2-2）ijjijSSS节点i的注入功率为： （2-3）iijLiSSS其中为第i节点所接的负荷功率。iLS（2）回带：设根节点电压为 01。利用第一步所得到支路始端功率和跟节点已知电压，开始逐条支路向后末端进行计算，直到求出个支路末端节点电

25、压)1 (V。向量作为参考向量，则电压和相角的公式为：iVjVj （2-4）22ijijijijjiiiP RQ XP XQ RVVVV （2-5）1tanijijijiijijiiP XQ RVP RQ XVV公式中、是节点i的电压（KV）和相角（）；iVi、：支路首端的有功和无功。ijPijQ（3）对于规模不大的网络。可以选用上面的公式来计算并且不会复杂，能手工计算。当要求的精度不是很高时，一般情况下，一轮迭代计算即可完成。给定误差为，则： （2-6）(1)maxkkiiVV前推回代法使用前后两次迭代节点电压的变化作为收敛条件，从公式 2-6 可以得到，当节点的电压变化幅值的最大差值小于设

26、定的收敛值时，就认为迭代完成。 2.2.2 前推回代的潮流算法流程图7 2.3 本章小结 这章介绍了潮流计算的基本概念、意义和原理。潮流计算包括主网潮流计算和配电网络潮流计算，主要介绍了配电网络潮流计算，并且简单介绍了配电网络的结构和特点。最后就是配电网络潮流计算原理推导分析。已知各节点的节点负荷，设各节点端电压=10(0)V根据式子MmmLossiLiiSSSS1ZlUQP*)(Sloss222计算出各节点的功率和线路损耗设根节点电压=10,根据上面计算(1)V出的各节点的功率利用公式，计算出各节点电压.ijijiIzVV将各节点计算的两次电压进行比较，并判断最大电压幅值差是否满足：max|

27、 -|10-4 Sr=S(:,2); V1=V; for i=m:-1:1 %前推功率 A=(find(Z(:,2)=i);%求以 i 节点为始点的各支路 b,c=size(A); if b=0 for j=1:1:b %求以当前节点为始点的各支路功率总和 N=A(j,1); if N=6 dSr=(abs(Sr(N,1)/V(N,1)2)*Z(N,4); %各支路功率损耗 else dSr=0;29 end Sr(N,2)=Sr(N,1)+dSr; %N 支路功率 Sr(i,1)=Sr(i,1)+Sr(N,2); end else Sr(i,2)=Sr(i,1); end end V(1,1

28、)=1; for t=2:m %回代电压 if t=6 a=Z(t,2); %由于是辐射型网络，只有一个始点 dV1=(real(Sr(t,2)*real(Z(t,4)+imag(Sr(t,2)*imag(Z(t,4)/V(a,1);dV2=(real(Sr(t,2)*imag(Z(t,4)-imag(Sr(t,2)*real(Z(t,4)/V(a,1); V(t,1)=(V(a,1)-dV1)2+dV22)0.5 ; else dk=k*(V(5,1)/V1(5,1)-1) k=k-dk if k=1.1 k=1.1; elseif k15 fprintf(迭代 15 次不收！n); break; endend%输出a=1:1:m;%编号fprintf(迭代收敛次数为：n);n30fprintf(网络功率分布为：n);Sr(:,2)=S