分布式电源对县级配电网电压水平影响的研究毕业论文

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：论文指导教师：职称：

郑重声明本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，否则，本人愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果，特此郑重声明。学位论文作者（签名）：年月日摘要分布式电源的接入使得配电系统从放射状无源网络变为分布有中小型电源的有源网络。带来了使单向流动的电流方向具有了不确定性等等问题，使得配电系统的控制和管理变得更加复杂。但同时，分布式电源又具有提高电网可靠性，绿色节能，等等优点，所以为更好的利用分布式电源为人类造福，我们必须对其进行研究与分析。本文采取通过利用仿真软件Matlab编写计算潮流程序模拟分布式电源接入配电网的模型进行潮流计算的方法对分布式电源的稳态影响进行探索与分析。选取了34节点的配电网网络模型，通过对单个以及多个分布式电源的接入位置以及容量的不同情况对34节点配电网的网损以及节点电压状况进行了分析。关键词：分布式电源、配电网、牛顿拉夫逊法

AbstractThedistributedgenerationaccesstodistributionsystemmakespassiveradialdistributionnetworktoactivemedium-sizedpowerdistributionnetwork.Itbringsuncertaintytoone-waydirectionpowerflow,etc.,anditmakesthecontrolandmanagementofthedistributionsystemmorecomplicated.Otherwise,itcanbringalotofbenefits,suchasmorereliable,anditisgreenpower.Thedistributedgenerationshouldbebetterknown,sowecanbenefitsmore.SotheprogramcalledMatlabwasusedtocompileaprogramtosolvethepowerflowproblem.Bythisprogram,wecantextwhichfactorcaninfluencethedistributedgeneration’saccesstothedistributionsystem.TheIEEE34Nodemodelwaschosentobediscussedhowdifferentfactorscaninfluencethepowerquality.Thisarticleanalyzesdistributedgeneration’sinfluencetothedistributionsystemofenergylostandvoltagelevel.Keywords:distributedgeneration,distributionsystem,Newton-Laphsonmethod

目录摘要 (3.1)式（）表示了一个有n+1个母线的系统的功率不平衡矩阵，其中有m个PQ母线，n-m个PV母线，1个平衡节点。PQ节点的功率不平衡量为该节点的功率给定值与用当前电压计算出来的实际功率的差，可表示为： (3.2)其中i=1,2,…,n-1，p=a,b,c。而对PV节点来说，节点电压幅值是给定的，不再作为变量。同时，该点无法预先给定无功功率。这样，该点的无功不平衡量也就失去了约束作用。因此，在迭代过程中无须计算与PV节点有关的无功功率方程式。 (3.3)其中，i=1,2,…,n-1，p=a,b,c。只有当迭代结束后，即各节点的电压相量求得后，再求PV节点应当维持的无功功率。（2）计算雅可比矩阵 (3.4)其中 (3.5)（3）含分布式发电系统三相潮流的求解最终能化成求解下面的方程 (3.6)其中为节点三相电压的修正列相量： (3.7)3.1.3分布式电源在牛顿法中的处理从上一章的建模分析中可以得知，各种分布式电源可以分类成PQ节点、PV节点、PI节点和P-Q（V）节点这四种节点类型。对PQ类型的分布式电源只需将它们简单处理成功率值是负的负荷即可。本节主要分析其他三种类型的分布式电源在程序中的处理。（1）P恒定，V恒定的PV节点PV节点可以直接代入牛顿法中处理。若PV母线与系统通过n（n=1,2,3）相线路连接，则母线上各节点注入功率为母线总注入功率的n分之一。在每次迭代后，可以求出节点的电压相角和无功功率。若计算出的节点无功越限，将其转换成对应的PQ节点，Q值等于该分布式电源能发出的最大无功值。如果在后续迭代中，又出现该节点电压越界，重新将其转换成PV节点。（2）P恒定，电流幅值I恒定的PI节点PI节点不可以直接代入牛顿法中处理，所以在每次迭代前须做一定的处理。若PI母线与系统通过n（n=1,2,3）相线路连接，则母线上各节点注入功率为母线总注入功率的n分之一。相应的无功功率可以由上一次迭代得到的电压，给定的电流幅值和有功功率计算得出： (3.8)其中，为第k+1次迭代的分布式电源的无功功率值；，分别为第k次迭代得到的电压的实部和虚部（+j=）；I为恒定的分布式电源的电流相量的幅值；P为恒定的有功功率值[23]。因此在进行潮流计算时，第k+1次迭代前可以把PI节点的无功注入量求出，在第k+1迭代过程中便可将PI节点处理成有功和无功输出分别为P和的PQ节点。在每次迭代后，可以求出节点的电压相角和无功功率[24]。PI型的分布式电源也有无功输出的限制，但从式（）可以看出，的标幺值一般在附近，P和I是两个必需维持的值，所以影响最后计算出来的值只是该PI节点的给定有功功率和电流幅值，即P和I若给定得合理，则计算得出的无功功率不会越限。（3）P恒定，V不定，Q受P、V限定的P-Q(V)母线P-Q(V)节点不可以直接代入牛顿法中处理，所以在每次迭代前须做一定的处理。P-Q(V)节点给定的输出有功功率为异步电机的输出有功功率，节点电压U在每次迭代后都得到修正，节点的注入无功功率Q计算公式如下： (3.9) (3.10) (3.11) (3.12) (3.13) (3.14)其中，为异步电机的转差率；为发电机定子电抗与转子电抗之和；为励磁电抗；为转子电阻；为异步电机的吸收无功；为异步电机的功率因数；为并联电容器后节点的功率因数；一般要求在以上；为并联电容器需要补偿的无功；为投入的并联电容器组数；为每组电容器补偿的无功；为电容器组实际补偿的无功；为参与潮流迭代的节点注入无功[8]。P-Q(V)母线与系统通过n（n=1，2，3）相线路连接，则母线上各节点注入功率为母线总注入功率的n分之一。在进行潮流计算时，第k次迭代后可以把P-Q(V)节点的无功吸收量求出，在第k+1迭代过程中便可将P-Q(V)节点处理成有功和无功输出分别为P和的PQ节点。程序流程图图3-1牛顿法潮流计算程序流程图主要程序段说明计算残差。mis=V.*conj(Ybus*V)-Sbus;F=[real(mis([pv;pq]));imag(mis(pq))];%%其中表示为mis=V*I(共轭)-Sbus%%3.3.2进行牛顿拉夫逊法迭代%%牛顿法进行迭代运算while(~converged&&i<max_it)%%当没有到达最大迭代次数并且不收敛则一直迭代。i=i+1;%%调用dSbus_dV子程序形成雅克比矩阵。[dSbus_dVm,dSbus_dVa]=dSbus_dV(Ybus,V);j11=real(dSbus_dVa([pv;pq],[pv;pq]));j12=real(dSbus_dVm([pv;pq],pq));j21=imag(dSbus_dVa(pq,[pv;pq]));j22=imag(dSbus_dVm(pq,pq));J=[j11j12;j21j22;];%%表示修正方程dx=-(J\F);%%对电压向量进行修正ifnpvVa(pv)=Va(pv)+dx(j1:j2);endifnpqVa(pq)=Va(pq)+dx(j3:j4);Vm(pq)=Vm(pq)+dx(j5:j6);endV=Vm.*exp(1j*Va);Vm=abs(V);%%对电压相角和幅值进行修正Va=angle(V);%%重新计算误差F(x).mis=V.*conj(Ybus*V)-Sbus;F=[real(mis(pv));real(mis(pq));imag(mis(pq))];%%再次检验是否收敛。是否需要继续迭代normF=norm(F,inf);ifverbose>1fprintf('\n%3d%10.3e',i,normF);endifnormF<tolconverged=1;ifverbosefprintf('\nNewton''smethodpowerflowconvergedin%diterations.\n',i);endendend此程序可实现人机对话功能，在装载配电网网络拓扑文件以后，可实现选取任意一个或两个节点的分布式电源P恒定，Q恒定模型的添加。以研究其影响，方便开展后面的工作。

仿真结果与分析4.134节点配电网算例的说明图4-1IEEE34节点配电网网络图34节点配电网网络拓扑图形如图所示，在IEEETESTFEEDER中有详细的各项参数。于是引用了其中文件case34。研究分布式电源对配电网网损的影响分布式电源容量对网损的影响（1）单分布式电源的情况为了尽量考虑多种情况，所以需要选取几个具有代表性的节点进行试验，综合考虑，决定选取一个首端节点，一个中部普通节点，一个大负荷节点，和一个末端节点，作为此次的测试节点。所以选取3,8,28,30，进行仿真，其中3为首端节点，8为普通中部节点，28是大负荷节点，30为末端节点，这样就可以尽量包含各种位置的信息，并可以进行对比。然后选取不同的容量对分布式电源进行选取。经过计算，配电网总负荷为P为，Q为,在每个节点加分布式电源时按照与配电网总负荷成比例进行试验，这样便可以搞清楚分布式电源容量对配电网的容量的变化趋势。表4-1选取进行试验的分布式电源容量PQ比例1通过运行程序得出各个节点接入分布式电源的各项指标，由于数据太过于庞杂，这里仅列出整理出来的网损结果：表4-2未接入分布式电源时的网络损耗PQ

表4-3在3节点添加分布式电源的网络损耗PQ比例1表4-4在8节点添加分布式电源时的网损PQ比例1表4-5在28节点添加分布式电源时的网损PQ比例1表4-6在30节点添加分布式电源时的网损PQ比例1由于每组数据变化趋势基本相同，仅抽取28节点的数据进行分析，其坐标图可以直观反映出其变化规律;图4-228节点位置接入不同容量分布式电源的有功网损变化趋势图4-328节点位置接入不同容量分布式电源的无功网损变化趋势由图不难看出，当接入分布式电源时，可以大大降低配电网损耗，因为配电网没有接入分布式电源以前的网损，。又从图中可以看出，无论是有功损耗还是无功损耗都有一个规律性的形势，那就是当分布式电源容量从低于配电网负荷逐渐升高直到趋近于配电网负荷总容量附近的某一值时，配电网的总网络损耗逐渐降低，直到降低到一个谷值，而又随着分布式电源容量从接近配电网总负荷容量逐渐升高的过程中，配电网总网络损耗也从谷值逐渐升高。简单分析原因为分布式电源由于更接近负荷，所以其供给的电能越多，需要从大电网传输的电能就越少，配电网上传输的电能越少，则网络损耗固然减少，这样就大大的节省了网络上损耗的电能，这更说明了分布式电源的优越性。分布式电源位置对网损的影响从另一个角度来分析分布式电源对网络损耗的影响。现在选取1也就是与配电网网络总损耗相等的分布式电源接入配电网，以期研究同容量分布式电源接入配电网其位置对配电网损耗的影响。容量固定，都选为与总配电网负荷相等的电源容量。表4-7相同容量的分布式电源接入各节点时的总网络损耗节点序号382830PQ由表中明显可以观察出，分布式电源接入位置在28节点时最小，而且非常明显。观察34节点配电网网络模型。负荷基本上集中于28节点上，再观察网络损耗计算结果，总结原因，是分布式电源接在大负荷节点可以大大减少配电网内部线路流过的电流，大大的减少了网络损耗。相当于就近供电的原则。接着希望通过研究，看是否将单个分布式电源容量拆分使得尽量靠近负荷处能更好的降低配电网的网络损耗。这在文献中[18]中提出的，选取将比例1也就是全配电网负荷相同的分布式电源拆分为两个与上表对比。决定选取试验样本为9,28节点，将配电网划分为两个区段，将1-15节点算作第一区段，按照与这个区段的负荷成比例的分布式电源接入9节点，将16-32节点分作第二段，同样，以成比例的分布式电源接入28节点，所得结果为，结果验证了文献[18]中的结论。分布式电源对配电网电压支撑作用的研究分布式电源接入位置对配电网电压的影响（1）首先标出原来系统电压分布的图示。图4-4无分布式电源时所选线路的电压分布选取比例分布式电源分别按照以下3种方式进行试验。(1)4节点加入比例的分布式电源（2）4节点和17节点各加比例为的分布式电源（3）9节点加入比例的分布式电源和(4)17节点加入比例的分布式电源，进行试验。（1）（1）图4-5不同位置接入同容量分布式电源的电压分布在没有分布式电源支撑的情况下，馈线末端多个节点的电压已接近安全运行的下限。负荷高峰期，末端电压极有可能越限。相反，当分布式发电投人运行，线路上的电压有了明显改善，比低电压下限高出很多，其中在9节点和4,17节点加此容量的分布式电源效果最好，甚至使末端电压近似处在网络额定电压上。于是可以说，分布于配电网中的分布式电源对馈线的电压分布的改善作用非常明显。总出力相同的分布式发电，分布在不同的位置组合，得到的电压分布有着较大的差异。单纯从电压支撑角度，曲线4并不是最理想的，曲线3显然好于曲线4;曲线2又明显好于曲线3。曲线1对应的位置组合均比较靠近系统母线，曲线4对应的位置组合更为接近线路末端。从曲线4可看出，如果位置选择不当，分布式发电的电压支撑会使得某些节点的电压高于额定电压。分布式发电的总容量越大，这些点的电压越高，甚至高于送端系统母线电压。如果末节点的分布式发电退出运行，线路末端的电压变化幅度将过大。比较可以知道:①分布式发电越接近系统母线，对线路电压分布的影响越小;②分布式发电集中在同一节点，对电压的支持效果要弱于分布在多个节点上;③从减小电压变化率的角度，分布式发电并不适宜在末节点接人系统，相反，可选择在线路中间偏末端的位置或位置组合。分布式电源容量对电压支撑作用的影响选取3曲线进行试验，研究不同容量分布式电源对电压分布的影响。同样在9节点，按照按比例接入分布式电源代入程序得出各节点电压，将其整理绘图如下。图4-6在9节点接入不同容量的分布式电源时的电压分布显然分布式电源容量越大对末端的电压支撑作用就越明显，显然曲线4的对末端的电压支撑作用最强，但是曲线4在9节点附近已经非常逼近安全电压的上限了，这样一来对电力系统安全造成了隐患，如果9节点负荷大量切除，电压瞬间将会超过安全电压，又因为要保证配电网为单纯的受端网络，而不允许配电网向大电网中注入电能，所以观察1,2曲线的图形较为理想。9节点的情况一般出现在某一点分布式发电很强，使得某一点电压抬高很多。因此，变化率曲线将存在峰谷变化。在包含分布式发电的配电网中，变化率较大的地方是无功补偿和电压支撑应优先考虑的地点。仿真结果表明不改变分布式电源接人位置的情况下，电压支撑由分布式电源的总出力决定。总出力越多，与负荷的比值越高，电压支撑就越大，整体电压水平就越高。整个仿真中采用静态恒功率负荷，实际配电系统中有一定的动态负荷和无功电压调节设备。这负荷或设备的无功需求随电压的变化而动态变化。分布式发电的接入和退出并不简单地就是分布式发电出力的数字变化，实际情况会更复杂。分布式发电并人系统，使得电压被抬高;电压升高的同时动态负荷的无功需求量会有所减少，电容补偿的无功也增多，这样系统中因分布式发电接人的净无功变化会多于分布式发电的无功出力。同样，一个部分依靠接人分布式发电支撑电压的配电线路，分布式发电的退出，使得电压下跌;动态负荷无功需求增加，电容发出的无功减少，这样，配电线路中缺额的无功会远远大于退出的分布式发电所发出的无功。

总结与展望总结本文对34节点的配电网模型进行了大量仿真实验，得到大量的数据，经过对比与分析，得到以下的结论：（1）一定容量的分布式发电接入配电网络，的确会对馈线上的电压分布以及网络损耗产生重大影响，具体影响的大小，与分布式发电的(总)容量大小、接入位置有极大的关系。（2）当分布式电源容量从低于配电网负荷逐渐升高直到趋近于配电网负荷总容量附近的某一值时，配电网的网络损耗逐渐降低，直到降低到一个谷值，而又随着分布式电源容量从接近配电网总负荷容量逐渐升高的过程中，配电网网络损耗也从谷值逐渐升高。而且如果将单个分布式电源拆分为两个分布式电源接入合适的位置则有可能进一步减少网络损耗。（3）相同容量的分布式电源，将分布式电源装在原配电网电压降落最剧烈处对配电网的电压支撑作用就会越好。但是分布式电源容量选取不得过高，否则可能使此点附近电压升的太高而超过安全电压的上限。①分布式发电越接近系统母线，对线路电压分布的影响越小。②分布式发电集中在同一节点，对电压的支持效果要弱于分布在多个节点上。③从减小电压变化率的角度，分布式发电并不适宜在末节点接人系统，相反，可选择在线路中间偏末端的位置或位置组合。展望分布式电源的等效模型非常复杂，要考虑到许多方面的内容，但由于本人学识有限，加上时间仓促，所以对分布式电源等等问题研究的还不够细致全面，如果能进行更深一步的研究，还可以进行下面的工作：本次由于三相潮流计算的雅可比矩阵形成过于复杂，本人能力有限未用计算机实现其算法，仅以三相加和的形式进行了粗略的计算，如果能够实现以三相实现其运算将会更为贴近现实情况。

致谢本次毕业设计历时一个多月，在杨同忠老师的悉心指导和帮助下完成的。T他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深的感染和激励着我。杨同忠经常耐心为我解答在毕业设计中所遇到的难题，给了我很多的帮助和关怀，使我有顺利地完成了毕业设计。为此，我向杨同忠老师致以最崇高的敬意和感谢！在论文完成之际，对辛勤指导我毕业设计的杨同忠老师以及耐心帮助过我的同学表示衷心的感谢！感谢他们对我学习给予极大的帮助和关心！同时，向本文引用过的的文献作者们表示感谢！

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