三相IEEE节点含分布式发电和储能装置的三相潮流算法.pdf
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隶韵大粤硕士学位论文含分布式发电和储能装置的三相潮流算法万方数据TH咂己EEPHASEPoWERFLOWALGDRrr】目【M删DISTRmUTEDGENERATIoNSANDDEVICES。
y2708609AThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYPanZhengningSupervisedbyGUWeiSchoolofElectricalEngineeringSoutheastUniversityMay2014万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
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期:
上吐掣。
垆万方数据摘要论文题目:
含分布式发电和储能装置的三相潮流算法研究生姓名:
搔正主导师姓名:
厦益学校:
壅直太堂摘要随着全球化石能源的日益匮竭,人们环境保护意识的加强,分布式发电(DistributedGenerationDG)成为了电力系统发展的重要方向。
DG主要是由功率为数千瓦!
U50MW的小型、清洁的发电系统组成,这些DG在实际的并网时的出力具有不确定性,不像传统的火力发电机的输出功率那么稳定。
另外,在现代配电网络中由于电力机车、大型电弧炉等不对称负荷以及非全相的配电线路等因素的存在,导致配电网系统的不对称问题日趋严重。
因此,为了分析和研究配电网潮流的不对称性和不确定性,需要研究出计算结果更加精确的配电网三相潮流算法。
本文主要阐述了配电网中电力元件和DG的三相数学模型,分析了几种配电网的潮流算法并介绍了几种用于计算不确定性的算法。
本文主要的研究内容如下:
(1)三相不对称配电网电力元件模型研究。
研究了用于计算配电网三相不对称潮流的配电线路、变压器和负荷的三相不对称模型,由于配电网的不对称性,配电线路和负荷的三相参数将变得不再对称。
(2)DG和储能装置模型研究。
为了分析DG和储能装置对配电网三相不对称潮流的影响,对目前主要的DG和储能装置的出力特性进行研究,有无功恒定型的PQ型节点、电流恒定型的PI型节点以及电压恒定型的PV型节点,再利用各节点类型代入配电网建立含13(3和储能装置的配电网三相不对称潮流算法。
(3)配电网三相不对称潮流算法研究。
在计算配电网三相不对称潮流时,利用了前推回代算法计算辐射式的不对称配电网,前推回代算法在计算三相不对称的配电网时同样具有良好的收敛性。
(4)含不确定性的配电网三相不对称潮流算法研究。
在配电网中的DG和储能装置以及负荷具有一定的不确定性,本文引入了一种仿射区间算法,建立了一种基于不确定性的配电网三相不对称潮流算法。
通过算例分析,可知在三相不对称的配电网中,通过合理规划接入DG和储能装置能提高配电网低压侧电压水平,降低配电网的不对称性,降低三相电压不平衡度。
关键词:
分布式发电:
不对称性:
不确定性;配电网潮流计算;仿射算法万方数据AbstmctTitle:
ThreePhasePowerFlowAlgorithmwithDistributedGenerationsandEnergyStorageDevicesName:
自卫Z鱼曼旦g匹BgSupervisor:
鱼丝鳖iUniversity:
SoutheastUniversityAbstractWiththegrowingglobalfossilenergywasexhaustedandpeoplestrengthenenvironmentalawareness,DistributedGeneration(DG)becomesanimportantdirectionforthedevelopmentofthepowersystemDGisdefinedassmall-scaleandcleanelectricitygenerationsizedfromkWtomwTheDGsactualoutputisuncertain,unlikeconventionalthermalpoweroutputpowerlessstableInaddition,duetothepresenceofelectriclocomotives,electricarCfurnaceandotherlargeasymmetricloadsandnonfull-phasedistributionlinesandotherfactorsinmodemdistributionnetwork,theasymmetryofdistributionsystempowerflowbecomesseriousTherefore,inordertoanalyzeandstudytheasymmetryanduncertaintyofdistributionsystempowerflow,weneedtoputforwardamoreprecisethree-phasepowerflowmethodofdistributionnetworkThisthesisdescribesthemodelsofthreephasepowerdistributionnetworkandDGsandintroducesseveralpowerflowmethodsofdistributionnetworkThemaincontentsareasfollows:
(1)ResearchofelectricelementsmodelsintheasymmetricdistributionnetworkThisthesisstudiedtheasymmetricmodelsofdistributionline,transformerandload,whichCanbeusedtocalculatetheasymmetricpowerflow
(2)ResearchofthemodelsofDGSandenergystoringdevicesInordertoanalyzetheimpactofOGsandenergystoragedevicestothreephaseasymmetricpowerflow,thisthesisstudiedtheoutputcharacteristicsofDGsandenergystoragedevicesTherearePQ-typenodes,PI-typenodesandPV-typenodesThroughthesenodes,thisthesisestablishedtheasymmetricdistributionnetworkpowerflowalgorithmwithDGsandenergystoragedevices(3)ResearchofpowerflowalgorithmintheasymmetricdistributionnetworkIntheasymmetricdistributionpowerflowcalculation,theforwardbackwardsweepalgorithmalsohasgoodconvergence(4)ResearchofpowerflowalgorithmwithuncertaintyintheasymmetricdistributionnetworkTheDGs,energystoragedevicesandloadsindistributionnetworkhavesomeuncertaintyThisthesisintroducedanaft-meintervalalgorithm,andestablishedanasymmetricdistributionnetworkpowerflowaigorithmbasedoiltheuncertaintyThroughnumericalexamples,wecanseethatthroughrationalplanningDGsandenergystoragedevicesCanimprovelowsidevoltagelevelsandreducetheasymmetryinthethree-phaseasymmetricdistributionnetworkKeywords:
DG;Asymmetry;Uncertainty;DistributionPowerFlowAlgorithm;AffineAlgorithm万方数据目录目录摘要IABSTRACTHE|录HI第一章绰论111课题研究的背景及意义112国内外研究现状2121DG的发展2I22含DG的配电网三相不对称潮流算法3123含DG的配电网三相不确定性潮流算法313本文的主要工作4第二章配电网、DG和储能装置的建模研究521配电网常规电力元件的建模一5211配电线路的三相模型5212变压器的三相模型6213负荷的三相模型。
722DG的建模8221风力发电建模一8222光伏发电建模一9223微型燃气轮机建模10224PHEV建模1l23储能装置1l231燃料电池12232铅酸蓄电池储能13233飞轮模型14234超级电容器模型1424本章小结15第三章含DG和储能装置的配电网三相不对称潮流算法1631配电网的确定性潮流算法16311前推回代算法1631,2ZBUs高斯法17313直接法17314改进牛顿法1832配电网的不确定性潮流算法19321不确定性潮流算法19322仿射算法19323仿射算法的四则运算2033配电网中的节点编号2034DG和储能装置在前推回代算法中的处理,22341PQ型节点的处理22342PI型节点的处理22343PV型节点的处理2335含DG的辐射式配电网三相不对称仿射潮流算法2436本章小结26III万方数据东南大学硕士学位论文第四章含DG和储能装置的配电网三相不对称潮流分析2741IEEE33节点配电网系统2742配电网的确定性潮流分析27421接入风力发电的确定性潮流分析30422接入光伏电池发电的确定性潮流分析32423接入微型燃气轮机的确定性潮流分析35424接入多种DG的确定性潮流分析3743配电网的不确定性潮流分析39431几种常用不确定性潮流算法比较39432不确定性大小对潮流结果的影响41433对DG并入配电网进行分析4244本章小结46第五章结论和展望4751结论4752展望47致谢49参考文献50附录IEEE33节点三相系统数据53IEEE33节点系统三相线路数据53IEEE33节点系统各节点的三相负荷数据54作者在攻读硕士学位期间完成的学术论文及参与项目情况56万方数据第一章绪论11课题研究的背景及意义第一章绪论随着煤炭,石油等化石能源的日益消耗和对环境的不断污染,全球的能源供应危机持续增长,有效利用清洁灵活的可再生资源已经成为世界能源发展的一个重要课题【l】。
在与能源密切相关的电力系统快速发展中,合理开发利用新能源和可再生资源也是必然趋势。
目前主要可以利用的新能源和可再生资源有太阳能、风能、燃料电池、微型燃气轮机和储能装置等等,利用这些能源进行发电的方式均称为分布式发电(DistributedGeneration,DG)【2】。
所谓DG是指为满足用户特定的要求、支持现存配电网的经济运行或同时满足这两方面的要求,且在用户现场或靠近用户现场配置功率为数千瓦到50MW的小型、与环境兼容的发电系统【3】。
在全球能源危机和环境危机的大背景下,DG因其具有污染少、可靠性高、能源利用效率高、安装地点灵活等多方面优点受到了广泛关注,成为了电力系统发展中新的热点。
全球大力发展DG的主要原因在于以下几个方面【4】:
(1)DG的经济性。
DG通常是接入配电网中,离电力用户端较近,避免了大电量,远距离运输,一定程度上较低了输电网损。
(2)DG的环保性。
太阳能、风能和天然气等清洁能源是DG的主要发电资源,采用这些能源为动力的DG大大减少了有害气体的排放,改善了化石能源发电对环境造成的污染。
(3)DG的安全性和可靠性。
DG可以在大电网发生停电事故时,不受大电网影响,继续向配电网中的用户供电,提高配电网系统的安全性和可靠性。
(4)DG的调峰作用。
在一年负荷的高峰期夏季和冬季,如果采用燃气轮机等冷热电三联供系统,一方面解决了夏季的供冷和冬季的供热问题,另一方面也提供了一部分电力给电网,起到了削峰填谷的作用。
(5)电力市场趋势。
DG可以由多家单位集资建设发电,适应了电力市场的竞争机制。
配电网系统是电力系统中的重要组成部分,作为电力系统中最后一个面向终端用户的环节,它的稳定运行直接关系着电力用户的电能质量和用电可靠性。
随着电力系统迅速的发展,在输电网朝着高电压、远距离、大容量输电方向发展的同时,配电网也朝着自动化、智能化的方向发展。
为了提高配电系统的自动化管理水平,保障系统的安全经济运行,及时准确的潮流分析计算是基础。
然而,在现代配电网络中由于电力机车、大型电弧炉等不对称负荷以及非全相的配电线路等因素的存在,导致配电网络参数不对称问题日趋严重51。
因此,有必要提出计算精度更高的三相不对称潮流算法。
万方数据查堕奎兰堡主兰垡笙苎另一方面,随着DG在电力系统中的日益发展,DG的不确定性对配电网系统的稳定运行有一定影响6l。
例如太阳能发电和风力发电的有功出力受到自然条件的影响比较大,它们的出力随着光照强度和风速的变化而变化。
为了准确的分析DG在配电网系统中的不确定性,直接算出系统电压、电流和功率的精确值的确定性潮流运算已经不在适合。
这就需要提出三相不对称和不确定的潮流算法。
12国内外研究现状121I)G的发展欧盟国家的DG主要是太阳能光伏发电、风力发电和热电联产三类。
在欧盟,由于生产力发展到一定的程度,发展引起的环境保护问题得到高度重视。
因此,欧盟委员会对于能源效率提出了发展规划,提出在2020年前完成一次能源的消费节约20的目标,而且需要减少温室气体20的排放。
欧洲相关机构为此进行了调研。
在实际的调研中,发现DG的节能有很大潜力。
在调研结果中,发现仅热电联产这一项DG就可以每年减少二氧化碳排放l亿吨,完成欧盟l3的节能任务【7】。
在丹麦,DG得到了广泛应用,尤其是热电联产发电。
在90年代末20世纪初,丹麦的经济发展很快,但是却没有引起能源消耗的增加。
令人吃惊的是,在丹麦的经济建设中,丹麦的环境没有遭到污染,相反温室气体的排放却大幅下降。
究其原因,主要还是丹麦大力发展DG技术,丹麦80以上地区的供热采用来自热电联产发电提供的能源。
在丹麦,DG的发电量超过了全国总发电量的50,在配电网中有大量分散风机并入电网,风力发电的总装机容量超过300万千瓦。
英国的人口虽然只有6,000多万,但是在英国的很多公共场所均安装了DG成套设备,例如一些学校、写字楼、医院、饭店以及一些购物中心等等。
这些DG设备不仅提高了能源的利用率还保护了环境。
在英国,有超过10的家庭选择了安装小型风力发电机来发电,由于政府提供相应的费用补偿,家庭风力发电的成本与电网的价格基本相同。
在2005年至2008年问,英国安装了超过一万台的小型风电机组,这些风电机组的主要容量在1550kW间,总装机容量超过2万千瓦。
另外,在英国政府的政策下有相关公司通过测绘英国全国的住房屋顶情况,发现有超过50万个屋顶能够安装光伏发电设备。
德国的DG的发展也非常迅速。
德国的DG总装机容量超过2千万千瓦,占全国发电总量的198。
在德国,太阳能光伏发电技术的发展已经非常成熟,具有了一整套的商业模式。
在企业申请光伏发电站过程中,政府、电力公司和保险公司等成套的相关部门均会参与进来。
2010年德国新建的光伏发电站并网的装机容量为7408万千瓦,这些光伏发电站中80以上的是住宅屋顶光伏发电系统【81。
在德国,购买屋顶光伏发电系统已经是一件很平常的事情,很多家庭在购买房屋的同时就会安装屋顶光伏发电系统。
其实由于技术的局限性,目前光伏发电系统的设备成本是相对高的,德国光伏发电系统的成功模式主要还得益于政府的激励和补贴,并形成了一定的商业模式。
在让人们意识到环境保护的同时,享受到了光伏发电带来的盈利,这样就使得人们都成为了光伏发电的万方数据笙二兰堡垒投资者和受益者。
在中国,DG的发展才刚刚起步。
为了大力推动DG的发展和应用,促进节能减排和保护环境,国家发改委颁发分布式发电管理暂行办法,鼓励企业和电力用户投资建设并经营分布式发电项目。
预计到2020年,热电联产机组装机总容量将达到1亿kW,太阳能光伏发电装机总容量将达到200万kW,风力发电装机总容量将达到3000万kW,并争取使可再生能源的分布式发电装机总容量占总电力系统装机容量的30。
目前,我国的经济正处于高速发展时期,大力发展新能源和可再生能源能够不仅减少了环境污染,也大大提高了能源的利用效率【9】。
122含I)G的配电网三相不对称潮流算法由于配电网系统中配电线路的电阻电抗比值过大,快速解耦法和牛顿法不再适用于配电网的潮流计算。
配电网系统潮流算法主要可以分为三类:
以牛顿一拉夫逊为基础的方法,ZBus高斯法和前推回代法【l01。
Garcia等人111提出了一种以注入电流为基础的牛顿一拉夫逊法来计算不对称三相潮流。
VieiraJr等人【12】在ZBus高斯法的基
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- 三相 IEEE 节点 分布式 发电 装置 潮流 算法