論文-分布式電源接入配電網(wǎng)的不確定性分析

1、<p><b>　　北京信息科技大學(xué)</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文）</b></p><p>　　題 目： 分布式電源接入配電網(wǎng)的不確定性分析 </p><p>　　學(xué) 院： 自動(dòng)化 </p><

2、;p>　　專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名： 班級(jí)/學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　起止時(shí)間：

3、 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　分布式電源的引入，使配電系統(tǒng)從放射狀的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)變?yōu)榉植加兄行⌒碗娫吹挠性淳W(wǎng)絡(luò)。當(dāng)大量分布式電源接入系統(tǒng)時(shí)，分布式電源的狀態(tài)變化將引起系統(tǒng)潮流大小及方向的頻繁變化，干擾了原有配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)設(shè)備的正常運(yùn)行，使系統(tǒng)電壓波動(dòng)頻繁, 嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的電能質(zhì)量。本課題將

4、通過(guò)研究分布式電源的原理及工作特性，分析其對(duì)電網(wǎng)電壓質(zhì)量造成的影響，采用仿真軟件進(jìn)行模擬，并解決分布式電源造成的電壓偏差和諧波影響。</p><p>　　本課題通過(guò)利用仿真軟件Matlab/simulink對(duì)分布式電源接入配電網(wǎng)實(shí)際電路進(jìn)行模擬仿真，檢測(cè)并分析造成其影響的原因，以及完成分布式電源接入配電網(wǎng)的相關(guān)計(jì)算。</p><p>　　本課題選取IEEE33節(jié)點(diǎn)的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)對(duì)單

5、個(gè)以及多個(gè)分布式電源的接入位置以及不同容量情況下進(jìn)行研究，對(duì)IEEE33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)的網(wǎng)損、節(jié)點(diǎn)電壓以及諧波狀況進(jìn)行了分析，并利用接入無(wú)功功率補(bǔ)償裝置和濾波裝置，觀察配電網(wǎng)電壓質(zhì)量改善情況。</p><p>　　關(guān)鍵詞：分布式電源；配電網(wǎng)；電壓偏差；諧波；無(wú)功功率補(bǔ)償；濾波</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　

6、　The introduction of distributed generations makes distribution systems from the radial passive networks to active networks which include small and medium-sized distributed power sources. When a large number of distribut

7、ed powers access into distribution systems, distributed power state changes cause the changes of magnitude and direction of system power flow, interfering with the normal operation of the existing power distribution syst

8、em voltage regulating equipment, system voltage fluctuates fr</p><p>　　Keywords: distributed generation; distribution network; voltage deviation; harmonics; reactive power compensation; filtering</p>

9、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘 要（中文）I</p><p><b>　　（英文）II</b></p><p>　　第一章 概 述1</p><p>　　1.1分布式電源的概念及其特點(diǎn)1</p><p>　　1.2分布式電源對(duì)配

10、電網(wǎng)造成的影響1</p><p>　　1.3分布式電源的研究現(xiàn)狀及已有成果2</p><p>　　1.4本課題的主要工作2</p><p>　　第二章 研究?jī)?nèi)容及各裝置模型3</p><p><b>　　2.1研究?jī)?nèi)容3</b></p><p>　　2.2配電網(wǎng)的潮流計(jì)算3</

11、p><p>　　2.3分布式電源的等效模型5</p><p>　　2.4無(wú)功補(bǔ)償裝置的原理5</p><p>　　2.5 有源濾波裝置的原理6</p><p>　　第三章 分布式電源接入配電網(wǎng)的潮流計(jì)算7</p><p>　　3.1原始配電網(wǎng)的潮流計(jì)算7</p><p>　　3.2分布式

12、電源接入后的潮流計(jì)算11</p><p>　　第四章 simulink仿真結(jié)果及分析14</p><p>　　4.1仿真模型14</p><p>　　4.2分布式電源接入配電網(wǎng)的仿真18</p><p>　　4.3分布式電源接入的諧波影響21</p><p>　　4.4含有DG系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償22</

13、p><p>　　4.5含有DG系統(tǒng)的有源濾波23</p><p>　　第五章 結(jié) 論24</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)25</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)26</b></p><p><b>　　第一章 概 述</b><

14、/p><p>　　本課題主要是針對(duì)分布式電源接入電網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量造成的不確定性影響進(jìn)行分析，從電能質(zhì)量角度出發(fā)，通過(guò)理解、分析分布式電源的原理和特性，研究其對(duì)電能質(zhì)量造成影響的原因，并找出解決方法，最后探討分布式電源并網(wǎng)的電能質(zhì)量的研究方向。</p><p>　　1.1分布式電源的概念及其特點(diǎn)</p><p>　　分布式電源（Distributed Generation，

15、DG）是將電力系統(tǒng)以小規(guī)模（發(fā)電功率在數(shù)kW至50MW的小型模塊）、分散布置在用戶(hù)附近，可獨(dú)立輸出電能的系統(tǒng)。目前，分布式電源多以接入配電網(wǎng)為主，并網(wǎng)后會(huì)使配電網(wǎng)由一個(gè)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變成為一個(gè)有源網(wǎng)絡(luò)，較大程度地影響了網(wǎng)絡(luò)潮流的大小和方向以及節(jié)點(diǎn)電壓，這些影響帶來(lái)的效果主要取決于DG本身的特點(diǎn)[1]。</p><p>　　由于傳統(tǒng)能源在未來(lái)將逐漸枯竭，各國(guó)對(duì)節(jié)能的重視以及現(xiàn)有電力傳輸技術(shù)存在缺陷，使DG成為一個(gè)研究熱

16、點(diǎn)。大型配電網(wǎng)絡(luò)與分布式發(fā)電，尤其是運(yùn)用新型能源的分布式發(fā)電相結(jié)合，被世界上許多專(zhuān)家公認(rèn)為是節(jié)約成本投入、有效降低網(wǎng)損、提高電力系統(tǒng)可靠性和靈敏性的重要方式，是本世紀(jì)電力工程的重要發(fā)展方向之一。由于配電網(wǎng)的負(fù)荷具有較大的隨機(jī)波動(dòng)性和多種不確定性因素，另外，隨著用戶(hù)對(duì)供電電能質(zhì)量和安全可靠性有更高的要求，DG具有小容量、小體積，投資小，建設(shè)周期短，調(diào)節(jié)能力靈活，可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，因此，分布式電源大量滲透入低壓配電網(wǎng)已成為趨勢(shì)。</p&

17、gt;<p>　　文獻(xiàn)[2]中提出，DG電源包括：小型水力發(fā)電站、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、地?zé)崮馨l(fā)電裝置、微型燃?xì)廨啓C(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、燃料電池、生物質(zhì)發(fā)電裝置以及儲(chǔ)能裝置等。DG因?yàn)榫哂休^好的靈活性和投資小等特點(diǎn)，可以根據(jù)各個(gè)地區(qū)的用戶(hù)密度、負(fù)荷特點(diǎn)、地理環(huán)境等因素，裝設(shè)不同的發(fā)電方式的DG，以滿(mǎn)足用戶(hù)需求。分布式電源可實(shí)現(xiàn)備用電站、電壓控制、熱電聯(lián)產(chǎn)供電以及邊遠(yuǎn)地區(qū)的獨(dú)立發(fā)電等多種用途?？梢哉f(shuō)，在未來(lái)分布式電源與

18、我們的日常生活將關(guān)聯(lián)地更加緊密，將更大程度上影響現(xiàn)有的配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和潮流分布。</p><p>　　1.2分布式電源對(duì)配電網(wǎng)造成的影響</p><p>　　分布式電源接入配電網(wǎng)，具有節(jié)省投資、降低能耗、提高電力系統(tǒng)可靠性和靈活性等優(yōu)點(diǎn)。但是，由此使得配電網(wǎng)的管理運(yùn)行改變了傳統(tǒng)方式，必然會(huì)引起不確定性影響，文獻(xiàn)[3]中提到，這些影響主要表現(xiàn)為：</p><p>　　對(duì)

19、電網(wǎng)規(guī)劃的影響：增加了規(guī)劃區(qū)電力負(fù)荷的預(yù)測(cè)難度，對(duì)規(guī)劃區(qū)負(fù)荷增長(zhǎng)的模型產(chǎn)生影響，更難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電力負(fù)荷的增長(zhǎng)及空間負(fù)荷分布情況；分布式電源輸出電能常常受到外界因素影響，有明顯的隨機(jī)性，使變電站的選址、配電網(wǎng)絡(luò)的接線(xiàn)和投資建設(shè)等規(guī)劃工作更復(fù)雜，加大了配電網(wǎng)規(guī)劃的不確定性。</p><p>　?。?）對(duì)繼電保護(hù)的影響：分布式電源接入電網(wǎng)后，電網(wǎng)故障電流的大小、持續(xù)時(shí)間及方向都將發(fā)生改變，若對(duì)部分保護(hù)進(jìn)行改造，可能造成保

20、護(hù)拒動(dòng)、誤動(dòng)等。</p><p>　　（3）對(duì)電能質(zhì)量的影響：電壓偏差，負(fù)荷潮流變化大，使饋線(xiàn)上的電壓幅值發(fā)生變化，調(diào)整和維持困難；電壓閃變，分布式電源的啟動(dòng)、輸出功率的短時(shí)劇變以及分布式單元與系</p><p>　　統(tǒng)中電壓反饋控制設(shè)備相互作用都可能引起電壓閃變；諧波，在大型配電網(wǎng)中引入分布式電源后，一些重要母線(xiàn)的諧波電壓水平可能會(huì)較高。</p><p>　　（4

21、）對(duì)電網(wǎng)調(diào)度管理的影響：大量的分布式發(fā)電接入中壓或低壓配電網(wǎng)運(yùn)行，改變了傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)單向潮流的特點(diǎn)，其對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響主要取決于發(fā)電方式和功率水平這兩個(gè)方面。</p><p>　?。?）對(duì)電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)的影響：增加配電網(wǎng)升級(jí)改造投入，分布式電源接入電網(wǎng)，使得配電網(wǎng)的各種保護(hù)定值和機(jī)理發(fā)生根本變化，電網(wǎng)需要額外投資改造升級(jí)配電網(wǎng)保護(hù)裝置；降低配電網(wǎng)設(shè)備利用率，配電線(xiàn)路和變電設(shè)施因長(zhǎng)期為分布式發(fā)電提供備用而處于輕載

22、；增加電網(wǎng)運(yùn)行成本，分布式電源接入電網(wǎng)需要改造費(fèi)用，現(xiàn)階段定價(jià)比價(jià)模糊，會(huì)增加成本。</p><p>　　綜上所述，分布式電源的接入對(duì)電網(wǎng)的影響是多方面的，有利有弊。隨著分布式電源在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，研究其對(duì)電網(wǎng)造成的不確定性也是必要的。</p><p>　　1.3分布式電源的研究現(xiàn)狀及已有成果</p><p>　　針對(duì)分布式電源接入配電網(wǎng)引起的上述問(wèn)題，

23、國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)提出不少相關(guān)的解決方法。</p><p>　?。?）解決分布式電源對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃造成的影響，在投入分布式電源前，需要對(duì)周?chē)h(huán)境以及潮流分布進(jìn)行新的評(píng)估，避免電網(wǎng)改造時(shí)大量不必要的投入。</p><p>　?。?）繼電保護(hù)方面，如果為了適應(yīng)分布式電源的接入而改造網(wǎng)絡(luò)，投入勢(shì)必非常大，所以可以通過(guò)改造分布式電源的接入方式，比如加裝方向元件，在并網(wǎng)線(xiàn)路兩側(cè)加裝逆功率保護(hù)裝置和光纖縱差保

24、護(hù)裝置等等。</p><p>　?。?）電壓偏移在長(zhǎng)線(xiàn)路、高負(fù)荷的線(xiàn)路中較易發(fā)生，在這類(lèi)網(wǎng)絡(luò)中是否可以接入分布式電源就需要慎重考慮；可以采用多功能逆變器控制策略，在光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器中加入并聯(lián)有源濾波器的功能，而且采用參考電壓最大功率點(diǎn)跟蹤控制策略來(lái)穩(wěn)定電壓源逆變器的輸出電流，能夠起到抑制系統(tǒng)諧波電壓的作用。</p><p>　?。?）分布式發(fā)電的方式主要有水電、光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等，由

25、于不同的發(fā)電方式的各項(xiàng)參數(shù)、潮流分布均不相同，接入什么形式的分布式電源需要進(jìn)行重新計(jì)算。</p><p>　　（5）電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)需要大量人力物力的投入，分布式電源接入之后肯定會(huì)增加各方面的投入，不能一味追求性能，需要同效益綜合考慮。 </p><p>　　歐美、日本在分布式電源應(yīng)用技術(shù)發(fā)展較快，在關(guān)鍵技術(shù)方面已取得一些突破，并在小規(guī)模微網(wǎng)中得到驗(yàn)證，目前正推動(dòng)微網(wǎng)向更高電壓等級(jí)、更大裝機(jī)容量

26、發(fā)展。國(guó)內(nèi)的分布式發(fā)電接入技術(shù)的研究和示范工程尚處于起步探索階段，但是隨著關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)進(jìn)度加速，預(yù)計(jì)不久將來(lái)將進(jìn)入快速發(fā)展期。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的試點(diǎn)項(xiàng)目，比如：上海世博園智能電網(wǎng)綜合示范工程（包括分布式電源接入試點(diǎn)、分布式光伏發(fā)電接入及微網(wǎng)運(yùn)行控制試點(diǎn)工程），河南財(cái)政專(zhuān)科學(xué)校校園520kW光伏發(fā)電項(xiàng)目試點(diǎn)工程（研究分布式光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)的影響及微網(wǎng)運(yùn)行控制模式），等。</p><p>　　1.4本課題的主要工作</

27、p><p>　　由于分布式電源對(duì)配電網(wǎng)造成的不確定性影響眾多，本課題將選取其中對(duì)我們?nèi)粘Ｉ盥?lián)系較緊密的電能質(zhì)量方面的影響進(jìn)行研究，并通過(guò)仿真模擬接入的無(wú)功補(bǔ)償和濾波裝置，消除這方面的影響。</p><p>　　本文通過(guò)使用仿真軟件Matlab/simulink對(duì)分布式電源接入配電網(wǎng)進(jìn)行潮流計(jì)算，得到節(jié)點(diǎn)電壓和網(wǎng)絡(luò)損耗等穩(wěn)態(tài)參數(shù)，通過(guò)使用simulink對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行仿真，觀察并分析分布式電源接

28、入時(shí)的情況。</p><p>　　本課題將對(duì)IEEE33節(jié)點(diǎn)的配電網(wǎng)進(jìn)行仿真模擬，使用潮流計(jì)算清楚的得到穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，使用simulink仿真的方式能得出配電網(wǎng)電壓波形。通過(guò)圖表和數(shù)據(jù)作為理論依據(jù)，對(duì)分布式電源接入配電網(wǎng)對(duì)電壓質(zhì)量造成的影響進(jìn)行分析、驗(yàn)證，從而得出結(jié)論。</p><p>　　第二章 研究?jī)?nèi)容及各裝置模型</p><p><b>　　2.1研究

29、內(nèi)容</b></p><p>　　隨著電力市場(chǎng)的進(jìn)一步開(kāi)放以及分布式發(fā)電成本的逐年降低，分布式電源將在電力系統(tǒng)占據(jù)越來(lái)越多的份額。但是，大量的分布式電源接入配電網(wǎng)將會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行產(chǎn)出很大的影響。本課題主要針對(duì)電能質(zhì)量方面進(jìn)行分析研究。文獻(xiàn)[4]中提出，分布式電源接入配電網(wǎng)之后會(huì)引入各種擾動(dòng)，對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響，主要體現(xiàn)在：</p><p>　　（1）電壓偏差和波動(dòng)。

30、所謂電壓偏差是指電網(wǎng)實(shí)際電壓與標(biāo)稱(chēng)值之間的差距；所謂電壓波動(dòng)是指分布式電源接入后產(chǎn)生的一系列快速、連續(xù)的變動(dòng)。產(chǎn)生偏差和波動(dòng)的原因主要有以下幾點(diǎn)：a.接入的分布式電源容量不合適，過(guò)大或者過(guò)小都有可能造成不利影響；b.接入位置不合理；c.分布式電源的反饋環(huán)節(jié)的電壓控制設(shè)備之間相互影響。目前解決這種影響的方式主要是在影響較大的節(jié)點(diǎn)附近加裝無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，以保證電壓的穩(wěn)定性。</p><p>　?。?）諧波?，F(xiàn)在分布

31、式電源大多引入電力電子技術(shù)，與以往的非線(xiàn)性負(fù)載作為諧波源不同，分布式電源接入電網(wǎng)產(chǎn)生諧波的原因主要有：a.分布式電源本身使用電力電子器件裝置來(lái)控制導(dǎo)通、關(guān)斷，頻繁的啟停使得DG本身就變成一個(gè)諧波源；b.分布式電源使用含有電力電子器件的逆變裝置接入配電網(wǎng)，也會(huì)產(chǎn)生諧波。對(duì)于已有的分布式電源設(shè)備，現(xiàn)有的解決方法是加裝有源濾波裝置，將啟動(dòng)頻率附近的諧波消除掉；對(duì)于未設(shè)置分布式電源的電網(wǎng)，則可以考慮使用IGBT，使得產(chǎn)生的諧波較小。</p

32、><p>　　2.2配電網(wǎng)的潮流計(jì)算</p><p>　　研究上述分布式電源對(duì)配電網(wǎng)造成的不利影響，并研究解決方案，首先需要對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行潮流計(jì)算，得出初始數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.2.1配電網(wǎng)潮流計(jì)算軟件Matpower</p><p>　　本文使用Matlab子工具M(jìn)atpower來(lái)進(jìn)行潮流計(jì)算。Matpower是基于Matlab編寫(xiě)的電

33、力系統(tǒng)潮流和最優(yōu)潮流計(jì)算軟件，可以通過(guò)運(yùn)行已經(jīng)編寫(xiě)好的實(shí)際電力系統(tǒng)潮流計(jì)算程序來(lái)計(jì)算相應(yīng)的潮流分布。文獻(xiàn)[5]中較清楚的介紹了Matpower的初級(jí)應(yīng)用。</p><p>　　Matpower所用的所有數(shù)據(jù)文件均為M文件或者M(jìn)AT文件，用來(lái)定義和返回變量：baseMVA、bus、branch、gen等。</p><p>　?。?）baseMVA是一個(gè)標(biāo)量，用來(lái)設(shè)置基準(zhǔn)容量，一般設(shè)置為100

34、MVA。</p><p>　?。?）bus變量是一個(gè)矩陣，其格式為：bus_ i、type、Pd、Qd、Gs、Bs、area、Vm、Va、baseKV、zone、Vmax、Vmin。用來(lái)設(shè)置電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的標(biāo)號(hào)、類(lèi)型、注入負(fù)荷的有功和無(wú)功功率、基準(zhǔn)電壓、節(jié)點(diǎn)電壓復(fù)制和相位初值等參數(shù)。</p><p>　　（3）branch變量是一個(gè)矩陣，用來(lái)設(shè)置電網(wǎng)中各支路的各個(gè)參數(shù)，其格式為：fbus、t

35、bus、r、x、b、rateA、rateB、rateC、ratio、angle、status。如起止節(jié)點(diǎn)號(hào)、支路的電阻和電抗、基準(zhǔn)電壓等。</p><p>　?。?）gen變量也是一個(gè)矩陣，用來(lái)設(shè)置接入電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)（電源參數(shù)），其格式為：bus、Pg、Qg、Qmax、Qmin、Vg、mBase、status、Pmax、Pmin。</p><p>　　將各項(xiàng)參數(shù)輸入之后，就可以通過(guò)用run

36、pf命令來(lái)完成潮流仿真計(jì)算。例如，IEEE33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)的參數(shù)設(shè)置如下：</p><p>　　%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%</p><p>　　function [baseMVA,bus,gen,branch] = case33</p><p>　　baseMVA = 100;</p><

37、p>　　%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%</p><p>　　%%bus data</p><p>　　% bus_i type Pd Qd Gs Bs area Vm Va baseKV zone Vmax Vmin</p><p><b>　　bus

38、= [</b></p><p><b>　　];</b></p><p>　　%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%</p><p>　　%%generator data</p><p>　　% bus Pg Qg Qmax Qmin

39、Vg mBase status Pmax Pmin</p><p><b>　　gen = [</b></p><p>　　1 0 0 60 -60 1 100 1 100 0 </p><p><b>　　];</b></p><p>　　%%

40、%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%</p><p>　　%%branch data</p><p>　　% fbus tbus r x b rateA rateB rateC ratio angle status</p><p>　　branch = [</p>

41、<p><b>　　];</b></p><p><b>　　return;</b></p><p>　　2.2.2牛頓-拉夫遜法</p><p>　　使用matpower的runpf命令進(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)，軟件默認(rèn)使用的計(jì)算方法是牛頓-拉夫遜法，自上世紀(jì)60年代稀疏矩陣技術(shù)應(yīng)用于牛頓法以來(lái)，經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展，已經(jīng)

42、成為求解電力系統(tǒng)潮流問(wèn)題的最廣泛的一種方法。文獻(xiàn)[6]中較講清楚了牛頓-拉夫遜法的特點(diǎn)和原理。</p><p>　　當(dāng)以節(jié)點(diǎn)功率為注入量時(shí)，潮流方程為一組線(xiàn)性方程，牛頓法為求解非線(xiàn)性組最有效的方法之一。牛頓法的極坐標(biāo)方程為：</p><p><b>　　式（2-1）</b></p><p>　　對(duì)上式進(jìn)行泰勒展開(kāi)，取一次項(xiàng)，即可得到牛頓-拉夫遜

43、潮流算法的修正方程組：</p><p>　　式（2-2） </p><p>　　式中：，為潮流方程的殘差向量，，為母線(xiàn)的電壓修正量，J為雅克比矩陣。</p><p>　　可以看出，牛頓-拉夫遜法在計(jì)算速度、算法穩(wěn)定性、多電源處理能力等方面，依然具有很大的優(yōu)勢(shì)，這也是為什么牛頓-拉夫遜法至今依然被許多科學(xué)家所使用。</p&

44、gt;<p>　　2.3分布式電源的等效模型</p><p>　　現(xiàn)在的分布式電源很多都是用一次能源，如風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏、微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池等發(fā)電形式。分布式電源技術(shù)由于使用的能源的多樣性，使其在潮流計(jì)算中所采用的模型有很大的不同，主要體現(xiàn)在輸出特性方面。文獻(xiàn)[7]中提出，從分布式電源接入配電網(wǎng)的方式來(lái)看，分布式電源在潮流計(jì)算中的等效模型大致上可以分為三類(lèi)：</p><p

45、>　?。?）P、Q均恒定的分布式電源，該類(lèi)型DG發(fā)出的有功功率和無(wú)功功率都是已知的。</p><p>　?。?）P、V恒定型分布式電源，該類(lèi)型分布式電源發(fā)出的有功功率是已知的，且接入點(diǎn)的電壓幅值U是已知的。</p><p>　?。?）P恒定而Q=f(V)型的分布式電源，該類(lèi)型的分布式電源發(fā)出的有功功率是已知的，而發(fā)出的無(wú)功功率和接入點(diǎn)的電壓幅值U并未給出，但知道無(wú)功功率與接入點(diǎn)的電壓

46、幅值U的函數(shù)關(guān)系式。</p><p>　　文獻(xiàn)[8]中提出，根據(jù)不同的分布式電源的運(yùn)行方式和控制特點(diǎn)，各種分布式電源在潮流計(jì)算節(jié)點(diǎn)模型可以等效為如下形式：</p><p>　?。?）微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)發(fā)出的是高頻交流電，需要采用電力電子變換器輸出穩(wěn)定的電壓和額定頻率的交流電供給負(fù)荷，因此可以等效為PV節(jié)點(diǎn)。</p><p>　?。?）燃料電池，電力

47、電子變換器功率調(diào)節(jié)單元輸出交流可控的有功出力和電壓幅值，可以等效為PV節(jié)點(diǎn)。</p><p>　?。?）光伏電池，光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)時(shí)多采用電流控制逆變器策略，在潮流計(jì)算時(shí)可以處理為系統(tǒng)輸出有功和注入配電網(wǎng)電流幅值恒定的PI節(jié)點(diǎn)，注入的無(wú)功功率可以計(jì)算為：</p><p><b>　　式（2-3）</b></p><p>　　由此可以把光伏系

48、統(tǒng)也等效成為PQ類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)。</p><p>　?。?）風(fēng)力發(fā)電，由于風(fēng)電系統(tǒng)需要通過(guò)電網(wǎng)建立勵(lì)磁系統(tǒng)，所以風(fēng)電系統(tǒng)的輸出和節(jié)點(diǎn)電壓相關(guān)，可以等效成為PV或者PQ類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)。</p><p>　　2.4無(wú)功補(bǔ)償裝置的原理</p><p>　　因?yàn)榉植际诫娫唇尤肱潆娋W(wǎng)之后，勢(shì)必對(duì)配電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成一定的影響，需要考慮接入無(wú)功補(bǔ)償和濾波裝置，以消除相應(yīng)的影響。<

49、/p><p>　　無(wú)功功率補(bǔ)償裝置（SVC）應(yīng)用于分布式電源無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，其主要目的是保證接入點(diǎn)電壓恒定，因此，可將分布式電源看成是一種能夠發(fā)出有功和無(wú)功的特殊負(fù)荷，采用面向負(fù)荷的控制策略。分布式電源引起的無(wú)功波動(dòng)將使電壓失穩(wěn)，因此需要利用無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)調(diào)整分布式電源的無(wú)功輸出。利用SVC進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)可采用恒無(wú)功調(diào)節(jié)方式，其工作原理是根據(jù)系統(tǒng)側(cè)無(wú)功功率Qs的變化情況，控制并改變SVC裝置發(fā)出的無(wú)功功率QSVC，使其與分布

50、式電源的無(wú)功功率QDG之和為定值或限定在一定的范圍內(nèi)，保證系統(tǒng)側(cè)無(wú)功穩(wěn)定[9]。</p><p>　　文獻(xiàn)[10]中對(duì)SVC原理做了進(jìn)一步解釋。SVC的構(gòu)成中，基本元件是晶閘管控制的電抗器和晶閘管投切的電容器。TCR和TSC支路，分別是從系統(tǒng)中吸收無(wú)功功率和向系統(tǒng)中注入無(wú)功功率。</p><p>　　其中TCR吸收的無(wú)功功率為：</p><p><b>　

51、　式（2-4）</b></p><p>　　TSC注入的無(wú)功功率為：</p><p><b>　　式（2-5）</b></p><p>　　所以SVC向系統(tǒng)注入的無(wú)功功率為：</p><p><b>　　式（2-6）</b></p><p>　　從式中可以看出，當(dāng)

52、吸收大于注入時(shí)，或者說(shuō)是TCR支路工作時(shí)候，起到的是吸收無(wú)功功率的作用，由于吸收了無(wú)功功率，則會(huì)使得靜止無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)附近的電壓降低。</p><p>　　2.5 有源濾波裝置的原理</p><p>　　文獻(xiàn)[11]對(duì)有源濾波裝置（APF）的原理作了解釋。并聯(lián)有源濾波器由三部分組成，即諧波檢測(cè)模塊、補(bǔ)償跟蹤控制及驅(qū)動(dòng)模塊和逆變器。其中，諧波檢測(cè)模塊用于檢測(cè)負(fù)載中的諧波和無(wú)功功率，補(bǔ)償跟蹤控制及

53、驅(qū)動(dòng)模塊則根據(jù)檢測(cè)出的諧波，控制并驅(qū)動(dòng)逆變器工作，最后由逆變器產(chǎn)生補(bǔ)償電流，來(lái)補(bǔ)償負(fù)載的諧波。但是，大部分文獻(xiàn)并沒(méi)有對(duì)含分布式電源的系統(tǒng)如何進(jìn)行濾波做出相應(yīng)的研究。圖1為APF原理圖。</p><p><b>　　圖1 APF原理圖</b></p><p>　　第三章 分布式電源接入配電網(wǎng)的潮流計(jì)算</p><p>　　對(duì)分布式電源接入配電網(wǎng)進(jìn)

54、行仿真模擬，第一步首先需要進(jìn)行潮流計(jì)算，觀察其潮流分布和網(wǎng)絡(luò)損耗，以此為依據(jù)，進(jìn)行接下來(lái)的工作。</p><p>　　3.1原始配電網(wǎng)的潮流計(jì)算</p><p>　　本課題采用IEEE33節(jié)點(diǎn)的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行課題研究，圖2為配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，此配電網(wǎng)的首節(jié)點(diǎn)（即節(jié)點(diǎn)1）電壓設(shè)為12.66kV。</p><p>　　圖2 IEEE33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p

55、><p>　　之后按照Matpower軟件要求的格式，將IEEE33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)各支路阻抗和節(jié)點(diǎn)負(fù)荷等數(shù)據(jù)，輸入M文件中，進(jìn)行初始潮流計(jì)算。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)參照文獻(xiàn)[12]中的算例。表1列出IEEE33節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中各負(fù)荷數(shù)據(jù)，表2列出IEEE33節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的支路數(shù)據(jù)。</p><p>　　表1 IEEE33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷數(shù)據(jù)</p><p>　　表2 IEEE33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)各支

56、路數(shù)據(jù)</p><p>　　表3 IEEE33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)</p><p>　　初始潮流計(jì)算結(jié)果如表4和表5所示。</p><p>　　表4 IEEE33節(jié)點(diǎn)潮流計(jì)算節(jié)點(diǎn)電壓計(jì)算結(jié)果</p><p>　　表5 IEEE33節(jié)點(diǎn)潮流計(jì)算網(wǎng)絡(luò)損耗計(jì)算結(jié)果</p><p>　　這是用Matpower軟件進(jìn)行潮流運(yùn)算之

57、后產(chǎn)生的結(jié)果，圖3為原始電壓分布圖，圖中各節(jié)點(diǎn)電壓大小是以標(biāo)幺值表示的，由圖3可以非常清楚地看出各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓降落和網(wǎng)絡(luò)損耗。從圖3中還能夠看出，隨著系統(tǒng)潮流流動(dòng)方向上，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓降落逐漸升高，與電壓源之間距離越遠(yuǎn)的點(diǎn)，即越靠近支路末端的點(diǎn)，其電壓降落越大。在IEEE33節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)18的負(fù)荷較重，線(xiàn)路較長(zhǎng)，因此18節(jié)點(diǎn)的電壓最小；另外，雖然節(jié)點(diǎn)23、節(jié)點(diǎn)24的注入負(fù)荷最大，但是與電壓源的距離較近，所以節(jié)點(diǎn)電壓降落偏小。

58、</p><p>　　圖3 原始電壓分布圖</p><p>　　3.2分布式電源接入后的潮流計(jì)算</p><p>　　通過(guò)使用matpower程序，對(duì)不含分布式電源的IEEE33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行潮流計(jì)算之后，可以清楚地看到各個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電壓和系統(tǒng)的潮流分布。為了能比較全面地分析分布式電源對(duì)配電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成的不確定性影響，本文設(shè)置了幾種不同的分布式電源接入方案，

59、以更好地實(shí)現(xiàn)課題的研究目標(biāo)。文獻(xiàn)[13]中提出了量化分析DG對(duì)系統(tǒng)電壓造成的影響，尋找造成影響的規(guī)律，應(yīng)設(shè)計(jì)多種方案，針對(duì)每種情況分別計(jì)算。</p><p>　　3.2.1分布式電源接入配電網(wǎng)方案</p><p>　　為了盡可能地分析多種情況，需要從網(wǎng)絡(luò)中選擇幾個(gè)具有代表性的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。綜合考慮，需要選擇首端節(jié)點(diǎn)，中部普通節(jié)點(diǎn)，大負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，末端節(jié)點(diǎn)，以及各支路中部節(jié)點(diǎn)，作為此次的測(cè)試節(jié)點(diǎn)

60、。除了考慮接入位置的影響，還應(yīng)該考慮到接入容量對(duì)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)造成的影響。因?yàn)楸菊n題中，系統(tǒng)總負(fù)荷較大，所以單個(gè)分布式電源接入時(shí)，采用與總負(fù)荷功率比例為50%的容量，多個(gè)接入時(shí)采用比例為25%的容量。分布式電源在Matpower軟件中的應(yīng)用，可以等效成發(fā)電機(jī)類(lèi)型；并且，依據(jù)前文所述，不同類(lèi)型的分布式電源可以等效為PQ類(lèi)型或者PV類(lèi)型節(jié)點(diǎn)。</p><p>　　根據(jù)潮流計(jì)算可以看出，總負(fù)荷的有功功率為3.72MW，無(wú)功

61、功率為1.8Mvar，所以比例為50%的分布式電源單臺(tái)容量，其有功功率為1.86MW，無(wú)功功率為0.9Mvar；比例為25%的分布式電源單臺(tái)容量，其有功功率為0.93MW，無(wú)功功率為0.45Mvar。</p><p>　　3.2.2單個(gè)分布式電源接入</p><p>　　為了能全面分析分布式電源接入造成的影響，本文從IEEE33節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中選取5號(hào)節(jié)點(diǎn)、11號(hào)節(jié)點(diǎn)、18號(hào)節(jié)點(diǎn)、22號(hào)節(jié)點(diǎn)、2

62、4號(hào)節(jié)點(diǎn)和33號(hào)節(jié)點(diǎn)接入分布式電源。由此分析，分布式電源接入位置不同，造成的影響有何差異。由于進(jìn)行潮流計(jì)算之后數(shù)據(jù)較繁雜，本文只列出所選節(jié)點(diǎn)接入DG前后電壓變化。在實(shí)驗(yàn)之前，先進(jìn)行一次驗(yàn)證，驗(yàn)證分布式電源對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓的提升作用，這里將使用比例為10%的分布式電源，有功功率為0.372MW，無(wú)功功率為0.18Mvar。低滲透率雖然效果可能不明顯，但是能避免一些其他的不利因素。表6為接入分布式電源的潮流計(jì)算結(jié)果。</p><

63、;p>　　表6 單個(gè)分布式電源（10%）接入處的節(jié)點(diǎn)電壓</p><p>　　可以看到，對(duì)于靠近線(xiàn)路末端的節(jié)點(diǎn)，DG接入對(duì)電壓的提升效果顯而易見(jiàn)，24節(jié)點(diǎn)是重負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，低容量的DG接入時(shí)的電壓提升效果非常不理想，所以之后需要提升DG的接入容量。圖4為單個(gè)分布式電源接入時(shí)的電壓情況。</p><p>　　圖4 單個(gè)分布式電源（10%）接入時(shí)節(jié)點(diǎn)電壓變化情況</p><

64、;p>　　然后，在同樣的節(jié)點(diǎn)接入比例為50%的分布式電源，其有功功率為1.86MW，無(wú)功功率為0.9Mvar。表7為潮流計(jì)算結(jié)果中，接入分布式電源處的節(jié)點(diǎn)電壓。</p><p>　　表7 單個(gè)分布式電源（50%）接入處的節(jié)點(diǎn)電壓</p><p>　　其中18號(hào)節(jié)點(diǎn)為配電網(wǎng)干路末端節(jié)點(diǎn)；24號(hào)節(jié)點(diǎn)為大負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，但是較電壓源距離較近；33號(hào)為負(fù)荷注入容量較重的支路，也就是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中的支

65、路3的末端節(jié)點(diǎn)。用曲線(xiàn)圖可以更清晰的表示出，分布式電源接入位置不同時(shí)，對(duì)電能質(zhì)量造成影響的差異。圖5為接入位置不同時(shí)的電壓提升情況趨勢(shì)，其中橫坐標(biāo)表示節(jié)點(diǎn)號(hào)，縱坐標(biāo)表示各節(jié)點(diǎn)電壓的標(biāo)幺值。</p><p>　　圖5 單個(gè)分布式電源（50%）接入時(shí)節(jié)點(diǎn)電壓變化情況</p><p>　　從圖中可以看出單個(gè)分布式電源接入配電網(wǎng)時(shí)，接入位置不同對(duì)電壓造成的影響趨勢(shì)?？拷妷涸吹墓?jié)點(diǎn)，接入DG之后，

66、電壓提升不明顯；越靠近線(xiàn)路末端，對(duì)電壓改善狀況越明顯；對(duì)于重負(fù)荷節(jié)點(diǎn)改善狀況不佳，如果隨意提高分布式電源接入容量，則有可能造成電壓過(guò)限?；鶞?zhǔn)電壓的標(biāo)幺值上限為1.1，可以看出18號(hào)節(jié)點(diǎn)電壓在容量為50%總注入負(fù)荷容量時(shí)已經(jīng)超過(guò)上限，雖然超過(guò)的不多，但是電壓偏差不利于長(zhǎng)期運(yùn)行，對(duì)配電網(wǎng)的故障檢修和保護(hù)也會(huì)造成一定的影響。</p><p>　　上述結(jié)果中，接入的分布式電源均采用的是PQ節(jié)點(diǎn)類(lèi)型，經(jīng)實(shí)際測(cè)試，接入PV節(jié)

67、點(diǎn)類(lèi)型的分布式電源，結(jié)果相似，本文將不再贅述。</p><p>　　3.2.3多個(gè)分布式電源接入配電網(wǎng)</p><p>　　上述結(jié)果中，不論DG的接入位置如何，只要接入容量合適，均會(huì)對(duì)電壓質(zhì)量起到改善作用，不能對(duì)本課題的研究目標(biāo)起到佐證作用，所以，本文考慮多個(gè)DG同時(shí)接入時(shí)的情況，觀察是否會(huì)對(duì)電網(wǎng)電壓產(chǎn)生不利影響。</p><p>　　方案一：選擇線(xiàn)路上負(fù)荷較重的節(jié)

68、點(diǎn)，選擇7號(hào)節(jié)點(diǎn)、8號(hào)節(jié)點(diǎn)、24號(hào)節(jié)點(diǎn)、25號(hào)節(jié)點(diǎn)、30號(hào)節(jié)點(diǎn)、32號(hào)節(jié)點(diǎn)。接入的總?cè)萘?，有功功率?.93MW，無(wú)功功率為0.45Mvar。本文只列出進(jìn)行潮流計(jì)算之后各節(jié)點(diǎn)電壓與未接入時(shí)的電壓對(duì)比。表8為計(jì)算結(jié)果。</p><p>　　表8 方案一計(jì)算結(jié)果</p><p>　　可以發(fā)現(xiàn)，雖然單個(gè)DG容量不大，但是多個(gè)DG共同作用時(shí)總體容量有所提升，對(duì)電壓的改善質(zhì)量也比較明顯，尤其是相鄰比

69、較近的節(jié)點(diǎn)都接入DG時(shí)，可以與單個(gè)分布式電源接入時(shí)的情況相比，24號(hào)節(jié)點(diǎn)的電壓標(biāo)幺值接入單個(gè)50%總注入容量的DG時(shí)為1.003，在方案一中為1.033，提升效果相對(duì)較好，而且多個(gè)DG共同作用時(shí)，對(duì)于符荷較重的節(jié)點(diǎn)也能起到較好的支撐作用。圖6為方案一電壓提升情況。</p><p>　　圖6 方案一結(jié)果曲線(xiàn)圖</p><p>　　可以從圖中看出，按照方案一的接入方法來(lái)處理分布式電源，其趨勢(shì)與

70、單個(gè)分布式電源接入配電網(wǎng)時(shí)是類(lèi)似的。上述結(jié)果中，接入的分布式電源均采用的是PQ節(jié)點(diǎn)類(lèi)型，經(jīng)實(shí)際測(cè)試，接入PV節(jié)點(diǎn)類(lèi)型的分布式電源，除了數(shù)據(jù)上會(huì)有些許差距，整體結(jié)果相似，本文將不再贅述。</p><p>　　方案二：分布式電源沿著干路接入網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)選擇為3號(hào)、5號(hào)、8號(hào)、11號(hào)、14號(hào)、18號(hào)節(jié)點(diǎn)。接入總?cè)萘?，有功功率?.93MW，無(wú)功功率為0.45Mvar。本文只列出進(jìn)行潮流計(jì)算之后各節(jié)點(diǎn)電壓與未接入時(shí)的電壓對(duì)

71、比。表9為方案二計(jì)算結(jié)果。</p><p>　　表9 方案二計(jì)算結(jié)果</p><p>　　從表中我們可以清楚的看到，18號(hào)節(jié)點(diǎn)的電壓在接入DG之后已經(jīng)提升到了1.207(pu)，而潮流計(jì)算結(jié)果中直到9號(hào)節(jié)點(diǎn)才降到1.1(pu)以下。圖7為方案二電壓狀況。</p><p><b>　　圖7 方案二結(jié)果</b></p><p&g

72、t;　　從方案二可以再次證明，多個(gè)分布式電源共同作用時(shí)，對(duì)電壓的提升效果更明顯，越接近末端的效果越明顯。但是接入多個(gè)DG之后，電壓提高過(guò)多也是非常明顯。</p><p>　　經(jīng)分析，由于分布式電源接入配電網(wǎng)之后，尤其是大量接入之后，較大程度的改變了網(wǎng)絡(luò)的潮流分布，而且很大程度上改變了網(wǎng)絡(luò)中負(fù)荷的分布情況。相比支路中離電壓源較遠(yuǎn)的末端節(jié)點(diǎn)，以及干路上的靠近電壓源的節(jié)點(diǎn)，18號(hào)節(jié)點(diǎn)所處的位置由于處于干路末端，網(wǎng)損較大

73、，更易受到影響?，F(xiàn)在可以得出的結(jié)論是，在不恰當(dāng)?shù)奈恢媒尤敕植际诫娫?，或者分布式電源的滲透率過(guò)高，都會(huì)使得電壓偏差過(guò)大，電壓幅值超過(guò)上限。我們需要考慮用什么方式能夠解決這種不利影響。</p><p>　　第四章 simulink仿真結(jié)果及分析</p><p>　　上述試驗(yàn)中，分析了分布式電源對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的電壓偏差和波動(dòng)方面造成的影響，還需要搭建模型，對(duì)諧波方面的影響進(jìn)行分析研究，并考慮

74、如何接入無(wú)功補(bǔ)償和濾波裝置以解決上述影響。</p><p><b>　　4.1仿真模型</b></p><p>　　4.1.1配電網(wǎng)仿真模型</p><p>　　本文中搭建的配電網(wǎng)模型，為三相線(xiàn)路，基準(zhǔn)電壓依照潮流的設(shè)定，使用12.66kV。圖8為IEEE33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)simulink的部分仿真模型。文獻(xiàn)[14]中對(duì)本文將要使用的各個(gè)元件的作用

75、和使用方法做了一定的解釋。</p><p>　　之所以選擇三相線(xiàn)路作為仿真時(shí)使用的模型，因?yàn)槭褂萌嗟哪Ｐ湍芨玫哪M出實(shí)際情況，而且三相電源相位相同時(shí)波形和單相是一樣的，更利于目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　圖8 配電網(wǎng)模型的部分電路</p><p>　　由于模型較大，所以本文只給出模型的一部分，其中l(wèi)oad為各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷，line為線(xiàn)路阻抗，電壓源用三個(gè)單相的交

76、流源并聯(lián)等效成為一個(gè)三相電壓源，其中fourier模塊可以對(duì)檢測(cè)到的電壓進(jìn)行傅里葉分解，得到諧波分量。圖6中from和scope（示波器）模塊用于波形的檢測(cè)。圖9為電源參數(shù)設(shè)置，圖10為負(fù)荷參數(shù)設(shè)置，圖11為線(xiàn)路參數(shù)設(shè)置。</p><p><b>　　圖9 三相電源參數(shù)</b></p><p><b>　　圖10 負(fù)荷參數(shù)</b></p&g

77、t;<p><b>　　圖11 線(xiàn)路參數(shù)</b></p><p>　　為了使仿真程序能夠更好地運(yùn)行，我們需要選擇合適的參數(shù)以及合適的仿真算法。求解常微分仿真數(shù)值的方法，一般分為可變補(bǔ)償和固定補(bǔ)償兩種。顧名思義，可變步長(zhǎng)算法是在求解模型時(shí)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)步長(zhǎng)；固定步長(zhǎng)算法是指在求解過(guò)程中步長(zhǎng)不變。文獻(xiàn)[10]中介紹了各種算法的特點(diǎn)。根據(jù)配電網(wǎng)的特性，本文仿真算法選擇的是可變步長(zhǎng)算法中

78、的Ode23t算法。這是一種采用自由內(nèi)插法的梯形算法，適合用于具有一定剛醒，又要求解無(wú)數(shù)值衰減。圖12為算法及步長(zhǎng)設(shè)置。</p><p>　　圖12 仿真算法及步長(zhǎng)設(shè)置</p><p>　　4.1.2分布式電源仿真模型</p><p>　　分布式電源在simulink中可以等效為發(fā)電機(jī)模型，這樣一方面便于模型的搭建和調(diào)試，另一方面也利于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和實(shí)用性

79、。不同的類(lèi)型的分布式電源，可以等效為同步和異步發(fā)電機(jī)。圖13為分布式電源等效為同步發(fā)電機(jī)時(shí)的子系統(tǒng)模型。</p><p>　　圖13 DG等效為同步電機(jī)模型</p><p>　　分布式電源子系統(tǒng)模型中，SSM為同步發(fā)電機(jī)模塊，Pm為機(jī)械功率，E為電機(jī)內(nèi)部電動(dòng)勢(shì)；A、B、C三相分別為三相輸出，另外SSM有6個(gè)信號(hào)輸出，可以不用考慮；terminator模塊的作用是防止由于一些信號(hào)的波動(dòng)使得仿

80、真過(guò)程中子系統(tǒng)強(qiáng)制停止，不會(huì)對(duì)最后的檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響；magnitude模塊作用是求發(fā)電機(jī)三相輸出的模；CM為電流測(cè)量模塊。圖14為同步發(fā)電機(jī)內(nèi)部參數(shù)設(shè)置。</p><p>　　圖14 同步發(fā)電機(jī)內(nèi)部參數(shù)</p><p>　　將分布式電源子系統(tǒng)封裝之后，通過(guò)三相線(xiàn)路并入配電網(wǎng)模型中，就可以開(kāi)始進(jìn)行仿真測(cè)量。圖15為模塊的封裝。</p><p>　　圖15 模塊封裝

81、 </p><p>　　4.2分布式電源接入配電網(wǎng)的仿真</p><p>　　4.2.1單個(gè)DG接入時(shí)的電壓測(cè)量</p><p>　　我們將分布式電源的子系統(tǒng)接入線(xiàn)路中的18號(hào)節(jié)點(diǎn)附近。圖16為未接入分布式電源時(shí)的18號(hào)節(jié)點(diǎn)的電壓波形，圖17為電壓源電壓波形。</p><p>　　圖16 18號(hào)節(jié)點(diǎn)電壓</p><p&g

82、t;<b>　　圖17 電壓源電壓</b></p><p>　　從圖15可以看出，電壓源的電壓為12.66kV的交流電，由于18號(hào)節(jié)點(diǎn)距離電壓源位置較遠(yuǎn)，所以電壓降落較大，這樣就有接入分布式電源的必要。圖18為接入分布式電源后，18號(hào)節(jié)點(diǎn)的電壓波形圖。</p><p>　　圖18 接入DG后18號(hào)節(jié)點(diǎn)電壓波形</p><p>　　從圖中可以看到

83、，相比沒(méi)有接入DG的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)電壓有了明顯的改善。通過(guò)simulink仿真模型驗(yàn)證，我們可以得出結(jié)論，分布式電源的接入，在一定程度上，確實(shí)能對(duì)配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓起到改善作用。</p><p>　　4.2.2多個(gè)DG接入時(shí)的電壓測(cè)量</p><p>　　按照之前潮流計(jì)算時(shí)使用的方案二接入分布式電源，現(xiàn)在看是否也如結(jié)果一樣，可能會(huì)使得節(jié)點(diǎn)電壓不升反降。圖19未接入DG之前14號(hào)節(jié)點(diǎn)電壓。<

84、/p><p>　　圖19 未接入DG時(shí)14號(hào)節(jié)點(diǎn)電壓波形</p><p>　　由圖中可以看出，由于14號(hào)節(jié)點(diǎn)離電壓源也較遠(yuǎn)，所以電壓降落雖然較18號(hào)節(jié)點(diǎn)較低，但是相比電壓源的電壓，還是比較低的。圖20為接入DG之后的14節(jié)點(diǎn)電壓波形。</p><p>　　圖20 接入DG18節(jié)點(diǎn)電壓波形</p><p>　　從圖18中我們可以發(fā)現(xiàn)，和之前進(jìn)行的潮

85、流計(jì)算結(jié)果一樣，18號(hào)節(jié)點(diǎn)的電壓雖然有了顯著的提升，但是如果繼續(xù)增大分布式電源的滲透率的話(huà)，就有可能使得節(jié)點(diǎn)電壓超過(guò)上限。依據(jù)文獻(xiàn)[13]給出的解釋是，接入的DG容量總量超過(guò)配電網(wǎng)絡(luò)注入負(fù)荷容量總量，就有可能導(dǎo)致系統(tǒng)的潮流分布發(fā)生改變，使得線(xiàn)路電壓降低。但是文獻(xiàn)[13]中并沒(méi)有對(duì)這類(lèi)情況進(jìn)行進(jìn)一步的解釋和說(shuō)明，關(guān)于解決方法也沒(méi)有涉及到。</p><p>　　4.3分布式電源接入的諧波影響</p>&

86、lt;p>　　通過(guò)將節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行傅里葉分解之后，我們就可以清楚的看到系統(tǒng)中的諧波情況。圖21為諧波檢測(cè)模塊。</p><p>　　圖21 諧波檢測(cè)模塊</p><p>　　Fourier模塊作用是進(jìn)行傅里葉分解，將電壓信號(hào)分解成幅值和相角分量。以18節(jié)點(diǎn)為例，測(cè)量3次諧波。圖22是沒(méi)有接入DG之前，18節(jié)點(diǎn)的諧波幅值波形。</p><p>　　圖22 無(wú)DG時(shí)

87、18節(jié)點(diǎn)諧波幅值</p><p>　　從圖中可以看到，因?yàn)槭抢硐霠顟B(tài)下的測(cè)量，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)才檢測(cè)到諧波，幅值大概是1KV。然后檢測(cè)接入DG之后的諧波幅值。圖23為接入DG之后的幅值。</p><p>　　圖23 接入DG后的諧波幅值</p><p>　　由圖23可以看到，接入DG之后，諧波的幅值明顯提高了。文獻(xiàn)[14]對(duì)這種情況作了解釋?zhuān)驗(yàn)樵趯?shí)際情況下，分布式電源

88、本身使用電力電子器件裝置來(lái)控制導(dǎo)通、關(guān)斷，頻繁的啟停使得DG本身就變成一個(gè)諧波源，而且同步發(fā)電機(jī)也會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)大量諧波。</p><p>　　4.4含有DG系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償</p><p>　　在simulink的demo中，有無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的仿真模型。我們可以參考demo中的例子來(lái)學(xué)習(xí)如何將SVC模塊接入配電網(wǎng)。圖24為SVC仿真模塊子系統(tǒng)。其中SVC就是無(wú)功補(bǔ)償模塊，signal pr

89、ocessing為輔助模塊，對(duì)測(cè)得的電壓電流信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　圖24 SVC模塊</b></p><p>　　在考慮接入分布式發(fā)電的情況下，如果發(fā)電機(jī)不能吸收足夠的無(wú)功功率，則可能使接入點(diǎn)附近的電壓提升過(guò)高，甚至超過(guò)上限，對(duì)系統(tǒng)造成不利影響。靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置中的晶閘管控制電抗器（TCR）支路的原理，就是從線(xiàn)路中吸收感性無(wú)功功率，以達(dá)到提升線(xiàn)路

90、電能質(zhì)量的作用。通過(guò)電抗器支路限制線(xiàn)路中的電流，吸收無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)降低接入點(diǎn)附近的電壓，以達(dá)到削弱DG接入后產(chǎn)生的電壓偏差現(xiàn)象的目的。理論上來(lái)說(shuō)，降低DG滲透率就可以避免出現(xiàn)電壓偏差的情況。</p><p>　　而且實(shí)際情況中，DG在不少場(chǎng)合使用的都是同步發(fā)電機(jī)，同步發(fā)電機(jī)由于在正常工作時(shí)會(huì)長(zhǎng)期處于過(guò)勵(lì)磁狀態(tài)，所以本身會(huì)產(chǎn)生大量的感性無(wú)功功率，這樣就會(huì)使接入點(diǎn)附近的電壓發(fā)生較大的改變。依據(jù)之前接入DG時(shí)8號(hào)節(jié)點(diǎn)電

91、壓，加入SVC裝置之后測(cè)量節(jié)點(diǎn)電壓。圖25為測(cè)量結(jié)果。</p><p>　　圖25 加入SVC之后18節(jié)點(diǎn)電壓</p><p>　　可以發(fā)現(xiàn)，18節(jié)點(diǎn)電壓經(jīng)過(guò)補(bǔ)償之后，電壓幅值有所降低，這可以證明，通過(guò)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆绞娇梢栽谝欢ǔ潭壬舷划?dāng)?shù)慕尤敕绞綄?duì)系統(tǒng)電壓帶來(lái)的電壓偏差影響。</p><p>　　4.5含有DG系統(tǒng)的有源濾波</p><p

92、>　　由于DG是通過(guò)電力電子器件以及PWM來(lái)控制，頻繁的啟動(dòng)停止就會(huì)產(chǎn)生大量諧波。由于本文中使用的仿真模型限制，只能測(cè)量出在啟動(dòng)瞬間的諧波。諧波分量雖然不能完全消除，但是通過(guò)加入有源濾波裝置，在一定程度上可以削弱諧波分量。之前測(cè)量的諧波分量是3次諧波，由于高次諧波的電壓幅值較小，不容易觀測(cè)其變化，所以本文將不繼續(xù)進(jìn)行高次諧波的測(cè)量。文獻(xiàn)[15]中提出了在simulink中有源濾波裝置(APF)的搭建方法。圖26為APF在simul

93、ink中的仿真模型。</p><p>　　圖26 APF仿真模型</p><p>　　在本課題中搭建的系統(tǒng)中接入時(shí)，把圖中電源模塊改成各節(jié)點(diǎn)的BUS即可。理論上來(lái)說(shuō)，在線(xiàn)路中接入濾波裝置之后，可以將分布式電源接入后引入的諧波分量削弱。圖27為18節(jié)點(diǎn)接入APF之后的諧波分量波形。</p><p>　　圖27 接入APF之后18節(jié)點(diǎn)諧波情況</p>&l

94、t;p>　　從圖25中可以發(fā)現(xiàn)，不僅DG接入時(shí)對(duì)系統(tǒng)造成的影響消除了，而且諧波幅值相比未接入DG時(shí)也有所降低，這證明了接入APF裝置消除DG造成的諧波影響的可行性。</p><p><b>　　第五章 結(jié) 論</b></p><p>　　本文通過(guò)對(duì)IEEE33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)進(jìn)行潮流計(jì)算和建模仿真，得到了不少有價(jià)值的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析之后，可以得出結(jié)論：</p

95、><p>　　分布式電源接入配電網(wǎng)確實(shí)可以對(duì)系統(tǒng)的電壓起到提升作用，但是接入位置和容量如果不合適可能會(huì)適得其反，效果由接入位置、容量、配電網(wǎng)本身特點(diǎn)等因素共同決定。</p><p>　　一般情況下，DG接入配電網(wǎng)的容量低于總的注入負(fù)荷容量時(shí)，能夠起到改善作用；當(dāng)DG的滲透率很大，或者由于位置不合適，并且同步發(fā)電機(jī)也會(huì)產(chǎn)生大量的感性無(wú)功功率，可能會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)電壓不穩(wěn)定，產(chǎn)生較大偏差，甚至超過(guò)上限。

96、</p><p>　　分布式電源的接入對(duì)電網(wǎng)會(huì)對(duì)配電網(wǎng)線(xiàn)路產(chǎn)生一定的諧波污染，主要是因?yàn)榉植际诫娫丛趯?shí)際運(yùn)行中是通過(guò)電力電子器件進(jìn)行導(dǎo)通關(guān)斷，這就會(huì)產(chǎn)生較大的諧波，而且同步發(fā)電機(jī)本身也會(huì)產(chǎn)生諧波。</p><p>　　無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)脑硎怯呻娍蛊骱碗姼衅鞣謩e吸收和發(fā)出無(wú)功功率，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。這里使用靜止無(wú)功補(bǔ)償器中TCR支路的功能，從電網(wǎng)中吸收無(wú)功功率，使得DG接入點(diǎn)附近的電壓幅值下降到

97、一個(gè)合理的范圍內(nèi)，從而削弱DG接入造成的電壓偏差影響；有源濾波器的原理是諧波檢測(cè)模塊用于檢測(cè)負(fù)載中的諧波和無(wú)功功率，補(bǔ)償跟蹤控制及驅(qū)動(dòng)模塊則根據(jù)檢測(cè)出的諧波，控制并驅(qū)動(dòng)逆變器工作，最后由逆變器產(chǎn)生補(bǔ)償電流，來(lái)補(bǔ)償負(fù)載的諧波。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　經(jīng)歷了將近三個(gè)月的學(xué)習(xí)和工作，我完成了我的《分布式電源接入配電網(wǎng)的不確定性分析》

98、畢業(yè)設(shè)計(jì)。最開(kāi)始選擇這個(gè)題目的時(shí)候，這個(gè)題目對(duì)我來(lái)說(shuō)可能只是我大學(xué)四年的句號(hào)而已，但是從接觸題目，到學(xué)習(xí)理論知識(shí)，再到完成設(shè)計(jì)任務(wù)，在短短三個(gè)月里面，我覺(jué)得我學(xué)到了很多這四年來(lái)都不曾學(xué)會(huì)的東西。剛開(kāi)始的時(shí)候，我對(duì)這些概念基本上只有個(gè)籠統(tǒng)的概念，有的甚至聞所未聞，對(duì)設(shè)計(jì)中使用到的MATLAB/Simulink軟件也只學(xué)過(guò)一點(diǎn)點(diǎn)皮毛，完全無(wú)從下手。把畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)成以前學(xué)期末的課程設(shè)計(jì)一樣看待，真的是太失敗了。為了完成任務(wù)書(shū)中的要求，也為了在最

99、后一個(gè)學(xué)期不給自己留下遺憾，我便開(kāi)始從頭學(xué)習(xí)需要的知識(shí)，盡量做到每一次閱讀文獻(xiàn)、看參考書(shū)都會(huì)有所收獲，盡量做到每次實(shí)驗(yàn)都能有所進(jìn)展。說(shuō)不辛苦這是不可能的，尤其是在一連幾天都毫無(wú)進(jìn)展時(shí)，總覺(jué)得整個(gè)世界都灰暗了，模型仿真時(shí)候總是出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)也令人非常煩躁，還有不了解軟件的使用方法，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與參考文獻(xiàn)結(jié)論不符，等等，不過(guò)當(dāng)我從資料中找到解決方法，或者是明白了軟件的使用方法時(shí)，也會(huì)感覺(jué)有一絲成就感，至少，通過(guò)努力是能夠一點(diǎn)點(diǎn)向成功進(jìn)步的。<

100、/p><p>　　在老師的細(xì)心指導(dǎo)下，我基本完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的既定目標(biāo)，通過(guò)這個(gè)題目我也能感受到老師的良苦用心。感謝李惠老師的指導(dǎo)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]孫一奇. 分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)的影響[J]. 科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2011，21（33）：197-199.</p><p&

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