含分布式电源的配电网潮流计算

 2022-01-17 11:01

论文总字数:16698字

目 录

1 绪论 1

1.1 论文研究的背景和意义 1

1.2 研究现状 1

1.3 本论文的主要工作 2

2 各种分布式电源在潮流计算中的数学模型 2

2.1 太阳能光伏系统 2

2.1.1 发展现况 2

2.1.2 工作原理 3

2.1.3 光伏电池的模型 3

2.2 风电系统 4

2.2.1 风能简介与用途 4

2.2.2 风力发电机类型 4

2.2.3 风机模型 4

2.2.4 搭建的数学模型 5

2.3 燃料电池 6

2.3.1 反应过程 6

2.3.2 搭建的数学模型 6

2.4 微型燃气轮机 7

2.4.1 工作原理 7

2.4.2 搭建的数学模型 7

3 配电网潮流计算方法 8

3.1 牛顿一拉夫逊法 8

3.1.1 方法简析 8

3.1.2 过程 8

3.2 前推回代潮流算法 10

3.2.1 方法简析 10

3.2.2 具体过程 10

3.3 Zbus高斯法 11

3.3.1 方法简析 11

3.3.2 具体步骤 12

4 含分布式电源的配电网潮流计算 12

4.1 潮流计算对不同节点的处理方法 12

4.1.1 PQ节点 12

4.1.2 PV节点 12

4.1.3 PI节点 13

4.1.4 PQ(V)节点 13

4.2 基于前推回代法的配电网潮流计算 13

4.2.1 基于支路电流的前推回代法 14

4.2.2 基于支路电流的前推回代法迭代步骤 14

4.3 算例分析 15

4.3.1 配电网络参数 16

4.3.2 潮流计算matlab过程分析 16

4.3.3 接入DG后的分析 18

5 结论 20

参考文献 21

致谢 22

含分布式电源的配电网潮流计算

李仁 20121340053

Abstract: Due to the previous centralized form of large power grid to provide electricity model has been unable to meet the needs of people around the world for electricity.The introduction of distributed generation will make the distribution network by the single supply into double power supply and multi power supply, which have great influence on distribution network voltage regulator, relay protection and so on.This paper introduces the research status of the distribution network power flow calculation of the distributed generation, and analyses the basic method of the calculation of the power flow of the radial distribution network,such as forward and backward substitution method,Newton-Laphson method and so on.This paper establishes the mathematical model of distributed generation in power flow calculation(Wind turbine model,Photovoltaic cells,fuel cell,etc).In the end of this paper, the preparation of the containing distributed power of forward and backward substitution method of distribution network power flow calculation program, and through an example analysis to verify its correctness.Forward and backward substitution method can be as one of the distribution network power flow calculation algorithms,it has the characteristics of simple programming, good numerical stability and fast convergence speed.

Keywords: forward and backward substitution method; distributed generation; power flow calculation.

1 绪论

1.1 论文研究的背景和意义

当今世界各国面临着能源危机急剧扩大的窘境,环境问题特别严重,例如雾霾、全球变暖、用地紧张等。无论在地球的哪个角落,人们对于环境的保护都不遗余力,所以使用干净无污染能源的形势已刻不容缓。此外,各国的电力系统主要由大机组、大电网、高电压组成,然而这种形式的供电系统却是如今全世界绝大多数的国家在使用。但是,近年来在各地经常发生大电网停电事故和不同程度的拉闸限电现象,让我们不得不对这种大电网集中供电方式所存在的问题进行深刻反省。第一,假如电力系统发生问题,就会像“美加大停电”一样,会对周围居民正常生活产生很大困扰;第二,在这种供电的模式下我们有建造更多发电厂的必要,以此来处理短期的峰值负荷,以便应对大电网下无法灵活跟踪负荷的难题,但这会让经济效益变得很低很低。基于上述种种缘由,使用可再生能源的分布式发电,受到多方关注也就是理所当然了。

分布式发电技术的优点数不胜数,例如清洁环保、投资不大、供电安全稳定以及发电方式多变等等。它利用可再生能源得到了长足的发展。但是,愈见增多的使用分布式电源,使得电源节点的种类发生改变,形成了PQ、PI、PV、PQ(V)节点。此外系统中的一些环网会造成潮流算法不能再在普通辐射形网络中随随便便使用。含分布式电源的配电网潮流计算用处很多:一是计算各条线路中的功率以及各个节点的电压,二是作为并网后能够对配电系统造成的后果进行评测。因此本文研究的潮流计算对于改变各国在这方面研究的现状有着一定程度的好处。

1.2 研究现状

作为电力系统探讨研究的对象的分布式发电,我们主要探究的是它能够对电力系统产生怎样的影响。因此我们可以创建不同的数学模型来针对不一样的分布式电源作为研究的手段。在未来的日子里,我们研究的方向趋于让各式各样的分布式系统在复杂系统下运作的算法适用性更好,计算步骤更加简洁明了,让人看了一目了然。

潮流计算模型的建造对于普通的配电系统和拥有分布式电源的配电网来说是大相径庭的,所以我们不能使用最初的潮流计算方法来计算含分布式电源的配电网[1]。在潮流计算时,普通的发电机组的节点选择一般都是PQ节点、PV节点或平衡节点。而分布式电源的特别之处在于它的节点类型需要在周全的思量后才能确定下来。恰是由于分布式电源各方面的不定性,才让我们对于如何选取节点类型进行了深入研究分析。为了能让分布式电源也像普通电源一样能使用传统的潮流计算模式,现在最常用的改进方式就是上面提到的创建不同的数学模型来针对不一样的分布式电源。下面通过几篇过往的文献来了解一下对于不同的分布式电源如何使用不同的潮流模型来让它能够进行普通的配电网潮流计算。

文献[2]的观点是分布式电源的不同形式并网可以看作不同的节点,即电流型或电压型逆变器连入网络时,前者看作PI节点,后者看作PQ(V)节点。

文献[3]中在对环境保护和所能获得的经济效益进行再三考量后,将分布式电源进行模拟,变为可操控的运动负荷,因此在配电网潮流计算中可以把它当作PQ节点处理。

文献[4]创建了不同的稳定潮流模型来应对不同的分布式电源。比如它用PV节点来当作同步电机并到电网的分布式电源;用PQ节点来当作异步电机并到电网的分布式电源。

文献[5]直接将潮流计算时的分布式电源当作了PQ节点来对待,与此同时,此文章又将储能系统当作PI节点来对待。

文献[6]主要使用的潮流计算方法是前推回代法,这会造成对PV节点及环网失效的重大影响,所以此文章提出了改进方式,即修改节点电抗及电阻矩阵,以及电压偏差是PV恒定的分布式电源,以此改进前推回代法,使它适用性更广泛。

文献[7]针对分布式配电网中各参数不对称的影响,对各类分布式电源(如微型燃汽轮机、燃料电池、光伏发电系统、蓄电池等)的运作和各方面的性能进行了详尽的探究,并且根据配电网里一些不对称的三相参数以及环网的问题,使用了适合拥有许多分布式电源的前推回代法,即拥有弱环的配电网三相潮流计算方法。

文献[8]在研究潮流计算的步骤下,将异步电机组模拟成RX模型,但相应的这个模型的迭代步骤有两个,除了潮流算法本身的迭代外,还有着转差的迭代。

1.3 本论文的主要工作

本文的工作可分为几个步骤。第一,阐明了为什么要研究配电网潮流计算和它的价值所在,以及国内外对于分布式电源潮流算法的探究目的以及过程。第二,探究了几类经典的分布式电源的电压静态特性,并且创建了和它一一对应的潮流计算数学模型。第三,详细讲解了几种基础的潮流算法,如牛顿拉夫逊法,前推回代法等等,并将其改进修正。最后,在IEEE标准系统下用matlab编制实现前推回代潮流计算方式的程序并进行探讨分析其实现的可能性。

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