【《基于psasp的含分布式风力发电的电力系统建模仿真分析案例》5500字】

PAGE116基于psasp的含分布式风力发电的电力系统建模仿真分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u6118基于psasp的含分布式风力发电的电力系统建模仿真分析案例 1290341.风电场和储能系统建模 1125351.1风电场风速扰动模型 2128471.2储能系统配置 416989本章小结 671692.仿真结果及分析 8244412.1系统接线图 859122.2风力机组的输出功率 9206292.3各母线电压波动 1040292.4负荷功率波动 12105872.5储能选址及容量配置计算 14187982.6储能系统对母线电压和负荷功率的影响 1530432.7储能系统配置电压最优的方案 211.风电场和储能系统建模建立仿真模型时，正确选择仿真模型，设置合适的参数，这不仅是仿真的基础，也直接决定了仿真的准确性，精确度，在仿真软件psasp中大部分元件都有较为准确的模型，由于储能系统的暂态特性，对储能系统的建模直接影响输出结果的准确程度，如果将BESS的详细模型放入仿真中，仿真的效率会大打折扣，因此将BESS作为一个广义负荷，是解决含储能系统电网建模的一种合理方法。由各文献可以观察出，目前储能系统在配电网中的应用，主要是平衡不同用户，如发电侧、输配电侧、用电侧的经济效益，对于储能系统平抑电压的研究相对较少，本文研究了在配电网中进行分布式存能的优化配置。。1.1风电场风速扰动模型风电厂的风电机组输出功率受到风速扰动的直接影响，风速扰动的随机性通过四种场景的合成来仿真，分别是基本风，随机噪声风，阵风，渐变风，通常用常量来表示基本风，其他三种风速场景的数学模型如下：1.1.1阵风阵风表示风速的正弦状扰动。用来测验较大风速扰动下的暂态特性，它的数学模型如下式： （2.1）图2.1阵风模型其中Vcos=V1.1.2渐变风渐变风表示风速的梯形状扰动，用来渐变风速扰动下的暂态特性，它的数学模型如下式： （2.2）其中Vramp=V图2.2渐变风模型1.1.3随机噪声风随机噪声风表示风速的随机扰动，测验随机风扰动下的暂态特性，它的数学模型如下式： （2.3）其中ωi=i−12⋅Δω，SVω图2.3随机风模型1.2储能系统配置1.2.1储能选址方法由上述分析结果可知，借助储能系统可以降低电压偏移，使实际电压与基准值更为相近，保持电网电压的波动维持在规定范围内，本文部分方案根据电压偏移的平方值来确定储能系统位置，其表达式为：式中:Vj表示运行状况下的实时值;VN该节点额定值。另一部分方案选取与分布式电源距离较近的节点接入储能系统例如，系统运行时候，部分计划选择电压波动最严重的节点作为选址，在该节点接入储能设备，其他计划选取离风电机组较近的母线接入储能系统，通过对比平抑电压波动的效果来选取最佳方案。1.2.2储能容量配置计算储能容量需要在电网运行各约束下进行，最重要的有，潮流保持平衡、节点电压不越限、支路电流约束。潮流保持平衡。 （5.2）式中：Pi、Qi分别指的是输出到节点i的有功和无功功率；e、f指的是节点电压的电压实部中的分量和电压虚部中的分量；Gij、Bij指的是节点导纳矩阵的实部分量和虚部分量；n是所有节点的总数。(2)节点电压不越限。在满足潮流保持平衡的前提下，进行节点电压计算，使节点电压不越限。。 （5.3）式中：Vimin、V(3)支路电流约束。保证各支路的电流不超过限制值。 （5.5）式中：Iimax指的是第i条支路输出电流的最高值；d指的是支流电路的数量。1.2.3求解算法及流程配置储能系统在电网中的接入点和容量，是在各种约束下进行计算得到不同的配置计划，计算电压差值，并采用平方公式来分析，对比公式结果，选择出一个节点，并在该节点出并入储能电源。在并入储能系统后，手动调节储能系统的容量，功率等参数可以直接将节点电压的值控制在系统规定的最大限制电压范围之内，输出电压最优结果所对应的配置容量和功率，确定为储能系统的额定参数，本文主要分析采用的计算方法是也就是最大储能工作区间设计算法并用来正确计算整个储能系统的工作容量，具体方法描述如下:(1)在BESS的输出功率曲线上，在保持每个区域内仅有一种工作状况，即充入电能或者放出电能的要求下，将其划分为若干个小区域，在每个区域内进行积分确定出每个区域的容量。(3)从式(12)中我们可以正确选择最大的储能区间工作容量并用来将它作为其需要配置的工作容量。 （5.6） （5.7）求解流程具体如下：步骤1打开单线图，设置发电机，负荷，储能系统等元件参数，定义潮流作业和暂态稳定作用。步骤2进行潮流计算和风速扰动下的暂稳计算得到风速、风机输出电压、功率曲线，储能系统电压、出力功率曲线。步骤3对电压波动数据进行计算，对于电压偏移超出允许范围的节点和距风电机组较近的节点作为储能选址。步骤4对负荷功率波动数据进行分析，依据式（5.6）、（5.7）算出储能系统的参数。步骤5制定出不同的计划。步骤6进行仿真得出不同计划下电压和功率的曲线，进行综合对比，确定出最优计划。本章小结本章简述了在psasp中对含分布式风力发电的电力系统建模的详细过程，并在确定元件参数确定的基础上，计算出储能系统的参数。在psasp中的潮流计算中进行风电机组的参数配置，在暂态稳定计算中定义风速扰动作业，用阵风，渐变风，随机风和基本风四种场景来模拟风速随机特性，并对三种风速设定参数，得出的仿真结果表示出风速扰动设定值对母线电压，负荷功率波动的影响。根据风电输出功率、母线电压波动等电网运行状况，部分计划选择电压波动最严重的节点作为选址，在该节点接入储能设备，其他计划选取离风电机组较近的母线接入储能系统。在潮流保持平衡、节点电压不越限、支路电流约束等限制下，计算储能系统的功率和容量，同时手动调节储能配置并根据仿真结果反推储能系统的最优配置。

2.仿真结果及分析2.1系统接线图本文在IEEE36节点系统为基础，将3号发电机，7号发电机，设定为风力发电机。图41系统接线图两个风电厂选用的仿真模型是双馈风力发电机，机组容量1.5MW，额定风速11.8m/s，切入风速1.0m/s，切出风速25.0m/s。2.2风力机组的输出功率在三种风速扰动合成的情况下，两个风电机组输出有功功率如下：图42风电场3号的输出功率图43风电场7号的输出功率设定的渐变风的时间段为9~18s，上升阶段3s，下降阶段3s，渐变风最高值为5m/s。阵风时间段为2~8s，最高值为3m/s。随机风持续时间为0~24s，；地表粗糙系数KN=0.0001，扰动范围F=5，平均风速N=2，频率间隔Δω=10图6.2和6.3是在以上参数设定下的仿真结果，可以看出，在2~8s中，在阵风的影响下，风电场的输出有功功率呈正弦状的波动，有功功率输出先上升后下降。在9~18s中，在渐变风的影响下，7号风电场的输出有功功率有一个较大的波动，并且两个风电场输出有功功率的图线总体都有略微下降的趋势。2.3各母线电压波动调节风电机组容量，有功功率，无功功率等参数，在接入风电场后的系统各母线电压波动情况如下图6.5：图44未接入储能时系统各母线的电压波动由于风力发电的有功功率，电压通常会增加，而无功功率的消耗会导致电压下降。由于风能的间歇性，风力发电往往会在有功功率和无功功率之间转换，调节风电机组参数使无功输出增加，并入系统后电压波动如下图，本文以第一组参数即图4-4电压波动为例，说明储能系统调度电压的作用。图45风电机组无功增加各母线电压波动根据图4-4，分析对比所有母线的电压波动情况，由图得，各母线波动趋势基本相同，同时发现，所有的母线电压在前7s和12到15s的时间段内都有一个减小的趋势，在2s出现的阵风扰动和在9s出现的渐变风是其重要影响因素，对比不同母线，母线的波动幅值各不相同，分析得，母线34、29、16的电压偏移依次最大，明显超出了电压波动的允许值，根据上述理论，前三个计划选择在电压偏移依次最大处的母线接入储能系统，平抑电压波动。根据各母线电压波动的逐时数据，用电压最大值减去基准值并取绝对值得到所有母线的电压偏移最大值如下表。表2.1是所有母线电压偏移最大量。表2.1各母线电压偏移最大值（单位：p.u.）母线1母线2母线3母线4母线50.02110.070110.094170.100260.07736母线6母线7母线8母线9母线100.099430.011810.050280.077430.07621母线11母线12母线13母线14母线150.089730.109880.11890.110020.11033母线16母线17母线18母线19母线200.120180.116430.107540.112780.1177母线21母线22母线23母线24母线250.10670.097190.072740.041710.08979母线26母线27母线28母线29母线300.109810.109920.118890.120240.07456母线31母线33母线34母线500.074580.074670.120310.10754根据表2.1，对比不同母线的电压偏移最大值，母线34、29、16、13、28、20、17、19是电压偏移依次最大的母线。分析得，母线34、29、16并不是距离风电机组最近的母线，但是电压偏移最大，母线19和母线20电压偏移较母线34、29、16小，但是距离风电机组很近，说明风电机组的输出功率不确定性对电力系统的影响不是简单的对近端母线较大，对远端母线较小，而是由风电机组位置和参数和电力系统总体的构成所决定。储能选址考虑电压偏移最大值和母线距风电机组的距离，确定处六个不同的选址计划。2.4负荷功率波动根据上述原理，储能系统容量的配置是以负荷功率波动为基础，以负荷300为例，下图2.6是负荷300的电压波动和功率波动，电压曲线和功率曲线的走向大致相同，负荷功率在阵风和渐变风的影响下，在经大幅度波动后趋于稳定，在1.6~1.8范围内小浮动。图46负荷300电压和功率波动根据图2-6的分析，据功率波动的最值确定出BESS的功率输出和充电状况或者放电状况。根据功率波动的时间特性确定出储能系统运行时充电和放电的时间段和时间长短，算出输出功率和充电和放电的状态，就可以得到BESS的初始配置。根据9个负荷功率曲线的求和就算，和其时间特性、波动情况算出储能系统的参数。表2.2各负荷功率波动最大值p.u.负荷编号300301302303波动最大值0.565210.505320.377220.079423043053063073080.071750.141580.191740.411141.18486根据表2.2中的数据，对比各个负荷功率波动最大值，分析得出负荷308的功率波动值最高，以其作为容量配置依据，计算出储能系统的容量配置，为1.5MW。2.5储能选址及容量配置计算通过以上的仿真分析，从表2.2计算得储能系统容量选取为1.5MW，前三种储能选址计划由表2.1依次选取在母线34、29、16接入储能电站三种计划，因为他们是电压偏移最严重的母线，再由距离风电机组较近的母线选择9、22、30三种方案，共6种计划。各个计划进行仿真得出电压和功率波形，进行分析对比得出最优计划。表2.3是储能选址配置的六种计划。储能在电网中的选址如图4-7。图47系统中储能接入位置储能选址计划如表2.3所示。其中，储能系统在PSASP仿真软件中中选用2型储能电站模型。表2.3储能配置的计划计划选址计划1BUS34计划2BUS29计划3BUS16计划4BUS9计划5BUS22计划6BUS302.6储能系统对母线电压和负荷功率的影响2.6.1储能系统对母线电压的影响由于实验数据繁多，本文以计划1和计划6为例，验证在各计划节点并入储能系统后，母线电压波动得平复与抑制的结论，图4-8是计划1，即在母线34接入1.5MW储能系统后系统的母线电压波动情况，图4-9是计划6，即在在母线30接入1.5MW储能系统后系统的母线电压波动情况。从下图计划1和计划6仿真结果中各母线电压波动情况可以看出，与储能没有并入电力系统时相比，电压波动曲线的走向大致一样，表明风速扰动导致风机出力波动对电网的影响，在加了储能系统改善后，在电压波动曲线上仍然能直观观察出风机随机出力的作用。从具体数据分析，计划1中在母线34处配置了储能系统之后，各母线电压的偏移有所减小，但是部分母线电压偏移仍超出电压稳定界限，计划6中在母线30处配置了储能系统，电压波动大幅减小，均能平抑在电压稳定范围内。图48计划1系统各母线电压波动情况图49计划6系统各母线电压波动情况母线电压数据繁多，以未加储能时电压偏移最大的母线34为例，分析未并入储能、计划1、计划6三种情况下的母线电压图410母线34的电压波动根据图4-10，母线34的电压波动较大且不稳定，从2s开始电压偏移逐渐增大，在5s后电压偏移骤减，在15s左右到达偏移最大值，其后一直到25s电压偏移量下降，以低于基准值的电压值为波动中心小幅度波动。分析对比图4-10和图4-11，直观地观察出，在母线34加装储能系统后，整体来看，母线34的电压偏移量有所降低。在14s时，电压波动幅值较高，考虑到9~18s设置了较强的渐变风扰动，说明在母线34处配置储能系统，其发挥的作用不足以平抑渐变风扰动引起的电压偏移。图411计划1母线34电压波动分析对比图4-12与4-10，直观观察出，在母线30配置储能系统后，母线34的电压偏移有了明显的降低，在整个风速扰动时间段内都没有超出电压限制，储能系统平复和抑制电压波动的能力得到良好体现，同时说明计划6的选址优于计划1。图412计划6母线34电压波动计划6下各母线电压偏移最大值如下图。表6.5各母线电压偏移最大值（单位：p.u.）母线1母线2母线3母线4母线50.005730.021770.038750.030470.02438母线6母线7母线8母线9母线100.030680.006530.018530.023330.02304母线11母线12母线13母线14母线150.026830.033290.036440.033210.03329母线16母线17母线18母线19母线200.037090.035930.032450.033070.04137母线21母线