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有源配电网动态孤岛划分及网络重构策略电力工程研究

时间:2018-12-03 11:44来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇电力工程论文,根据推荐的厂址和工程设想考虑的各主要工艺系统和主要技术原则与方案,进行工程项目的投资估算。发电成本的计算。
本文是一篇电力工程论文,根据推荐的厂址和工程设想考虑的各主要工艺系统和主要技术原则与方案,进行工程项目的投资估算。发电成本的计算。经济效益指标的计算等,计算方法执行中国电力规划设计总院颁发的(电力建设项目经济评价方法实施细则(试行))。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇电力工程论文,供大家参考。
 
1 绪论
 
1.1 课题背景及意义
进入 21 世纪以来,中国工农业迅速发展,国民生产总值得到大力提升,各个行业对电力的需求持续增长,但确致使传统发电资源逐渐短缺,并且传统火力发电等化石能源对环境的污染较为严重,不符合我国实施的可持续发展战略,这些都促使电网必须向环保、高效、智能的方向发展来满足整个社会的发展需求,目前可再生能源大量的接入电网使用正是电网根据发展目标做出重要改变的体现,但是可再生能源经常会受限于外部条件,所以其一般都以分布式电源(distributed generation,DG)的方式接入配电网,就地消纳【1】。分布式电源并入电网后,与传统配电网相比,有源配电网使整个网络从单电源辐射式改变成了双端或多端电源网络,还对系统内电能的质量、潮流分布、运行可靠性以及继电保护设备等各方面都产生了较大的改变,给配电网的控制与管理带来严峻的挑战【2-5】。当配电网故障停电后,必须迅速隔离故障,然后尽量缩小停电面积,保证电网内的一级负荷不会断电。传统配电网在发生故障后主要通过联络线将停电负荷转移到附近的正常供电的线路上恢复供电,但是如果整个网络没有联络线或者正常供电的线路已经满载,则不能进行联络线重构恢复负荷供电,所以该方法具有一定的弊端【6】。有源配电网在不能采用联络线恢复供电的时候,可以依靠分布式电源形成电力孤岛独立给负荷提供电能,解决了传统配电网故障恢复中存在的缺陷,因此,发展分布式发电技术,构建分布式电源高渗透的配电网络,将成为未来配电网发展的重要方向。为最大限度的利用分布式电源发电,提高供电效率,新标准 IEEE1547-2003【7】规定,鼓励用户和供电方通过技术手段实现有计划的孤岛运行,在满足潮流约束的前提下,减少非故障停电区域内的负荷失电,提高供电可靠性。分布式电源以其灵活的安装方式和环保的发电形式通常安装在靠近用户侧,目的是改善系统电能质量,提高负荷供电可靠性。孤岛划分与网络重构是解决配电网中接入大量分布式电源后设备利用率低和供电可靠性差等问题的核心自愈控制技术【8】,具有自愈控制技术的网络能在故障发生后,快速排除故障,通过将失电负荷转移至其他正常馈线上和利用 DG 的独立供电能力形成孤岛运行模式来恢复供电。统计数据表明,国内电网 80%以上的停电事故是由配电网造成的【9】,配电网故障时,可通过闭合联络开关和依靠 DG 的孤岛运行来恢复非故障区域的停电负荷,从而保证供电的可靠性,缩小停电的范围。因此,在大量 DG 接入配电网的背景下,研究有源配电网的孤岛划分与网络重构技术,对保证系统运行的稳定性和提高配电网供电的可靠性具有重要的实际意义。
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1.2 国内外研究现状
 
1.2.1 有源配电网孤岛划分概述与研究现状
随着越来越多的 DG 接入配电网,配电网从传统的单电源辐射状结构改变为多电源运行方式,其运行、控制和管理都发生了较大的改变。针对有源配电网的运行模式,出现一种新的供电恢复策略,即分布式电源的孤岛运行,孤岛运行主要是指利用 DG 的独立供电能力,通过合理的划分及控制,在故障后为停电负荷恢复供电,使电力系统运行更加安全、稳定和可靠,并有效提高 DG 的利用率【10-12】。孤岛运行根据发生的原因可分为计划孤岛和非计划孤岛,其中非计划孤岛具有偶然性和不确定性,孤岛范围未知,供电质量可能较差;计划孤岛则是按照分布式电源的发电功率以及负荷用电功率,预先确定好合理的控制方式和孤岛区域,当系统发生故障后,非故障停电地区能够按照事先确定好的孤岛独立运行,保证负荷可持续供电,是有源配电网的一种重要的处理故障的方法【13】。计划孤岛利用合理的规划和有效的控制手段,充分利用 DG 发电,既能保证配电网的稳定和可靠的运行,又能提高分布式电源的利用率,所以计划孤岛得到人们越来越多的关注,本文所有研究都是针对计划孤岛进行的。
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2 分布式电源及其对配电网的影响
 
有源配电网与传统配电网的显著区别在于加入了分布式电源,因此要想研究有源配电网中存在的问题,需要了解分布式电源与传统电源的区别和特点,以及有源配电网相较于传统电网的差异和特色。本章首先针对分布式电源做了简单介绍和分析,然后分别介绍了分布式发电和分布式储能的分类及特点,最后分析了加入分布式电源后对配电网后各方面所造成的影响,为后面研究有源配电网的孤岛划分与网络重构策略奠定了基础。
 
2.1 分布式电源的特点
通常对分布式电源的定义为直接安装在配电网或负荷附近的容量在几千瓦到 50MW之间的发电装备,其既可以发电也可以储存电能,而且它不仅能支持配电网目前的经济运行,还能满足特定的用户要求【50-51】。分布式电源可以将分散式的光伏、风能等资源进行就地发电,其分布广泛,容量较小,而且清洁、经济、高效、环保。分布式电源和传统电源相比,在规模、供电方式、发电形式、稳定性和经济效益等方面都存在显著的区别【52】,如表 2-1 所示。分布式电源通常安置在离用户较近的地方,对有功功率和无功功率都能就近调节,不需要建造长距离的高压输电线路,很大程度的降低了电网长距离输电、变电、配电时的网络损耗,而且 DG 单机容量和发电规模都较小,可以不用建造大规模的发电厂、变电站以及配电站,建造简单,大大节省了投资成本。
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2.2 分布式发电
所研究的方向不同,DG 的分类也不一样,以 DG 的能源种类作为划分标准,主要包含:风力发电、光伏发电、燃料电池和微型燃气轮机【53-54】。分布式储能是提高配电网对 DG 波动性承受能力的重要手段,通过有效的布局和调度储能设备,能减少风、光等资源的浪费,弱化备用电源容量,是未来配网的重要支撑。如果孤岛内只存在风力发电和光伏发电等具有间歇性和随机性的电源,则优先通过调节储能系统的充放电功率来保持孤岛内的功率与电量平衡。当储能装置放电功率或放电量达到下限时,切除可中断负荷以满足孤岛运行约束条件;反之,当储能装置充电功率或充电量达到上限时,则通过弃风、弃光来限制 DG 的出力。
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3 基于功率与电量预估的有源配电网动态孤岛划分策略.....15
3.1 有源配电网孤岛划分的基本原理.......... 15
3.2 孤岛划分的数学模型.......15
3.2.1 负荷的分级....... 16
3.2.2 目标函数........... 16
3.2.3 约束条件........... 16
3.3 有源配电网动态孤岛划分方法...... 17
3.4 算例分析...........21
3.5 本章小结...........29
4 有源配电网多目标网络重构策略..........31
4.1 有源配电网重构的基本原理.......... 31
4.2 多目标配电网重构模型...........31
4.2.1 目标函数........... 32
4.2.2 约束条件........... 32
4.3 利用遗传算法的多目标网络重构策略..........33
4.4 算例分析...........38
4.5 本章小结...........43
5 结论与展望......45
5.1 结论...........45
5.2 展望...........45
 
4 有源配电网多目标网络重构策略
 
有联络线存在的配电网内部发生故障,配电网应首先选用网络重构,将停电负荷转移到其他正常线路来恢复供电。在有源配电网中,除了网络重构,我们还可以通过孤岛划分为负荷提供电能,孤岛划分可以在充分消纳和利用新能源的基础上,有效提高配电网的故障恢复能力,本章采用网络重构和孤岛划分两者相结合的策略为负荷恢复供电。
 
4.1 有源配电网重构的基本原理
网络重构主要是指当配电网某处发生故障或计划检修时,致使部分地区停电后,快速将故障线路两端的分段开关断开以隔离故障,此时可以利用联络线将失电的非故障区域的负荷转供到其他线路恢复供电。以往大部分文献中将孤岛划分与网络重构两种恢复方法分开进行,相互之间缺乏配合,不能最大化地恢复负荷供电。本文针对仅包含风力发电和光伏发电等间歇性电源和储能系统的配电网,当其内部发生故障停电后,考虑网络重构与孤岛划分两种故障恢复方法之间的相互影响,在满足约束条件的情况下,将网络重构与孤岛划分当作一个整体进行优化求解,两者的结果共同影响最优解。本文多目标网络重构策略采用遗传算法进行求解,在重构的过程中,基于深度优先算法求解孤岛划分范围,孤岛划分作为整体优化的子函数,其结果将影响全局最终解的计算。这样将两者结合求解网络重构最优解的策略,可以最大限度的恢复系统故障后的停电负荷,减小停电范围,有效的提高 DG 的利用率。本文基于遗传算法的多目标网络重构基本原理如图 4-1 所示。
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结论
 
传统配电网故障后,故障恢复形式单一、方法有限,随着大量 DG 接入配电网,出现新的供电恢复方式即有源配电网的孤岛划分,研究有源配电网的动态孤岛划分与网络重构技术具有重要的理论意义和应用参考价值,基于以上分析,本文开展了一系列研究工作并取得了相应成果:
(1)提出基于功率与电量预估的有源配电网动态孤岛划分策略。对仅包含风力发电、光伏发电等间歇性电源和储能系统的配电网,从孤岛内功率与电量平衡的角度出发,根据分布式电源发电功率和负荷用电功率的预测数据,对储能装置的充放电功率和电量进行预估,建立孤岛划分的数学模型,设计基于储能约束的孤岛划分准则,对故障后的有源配电网进行最优的孤岛划分。以 IEEE 33 节点配电系统作为算例,在不同场景下对配电系统进行动态孤岛划分,该策略能更为精准的尽可能多的恢复负荷供电,并最大限度地保证重要负荷的持续供电,算例仿真结果表明了本文多时段动态孤岛划分策略的有效性和可行性。
(2)提出基于遗传算法的有源配电网多目标网络重构策略。在考虑分布式电源对配电网故障恢复能力影响的基础上,建立有源配电网多目标网络重构模型,将网络重构作为主优化问题,在求解过程中调用孤岛划分的优化子模块,实现网络重构与孤岛划分的统一,并应用遗传算法对所建立模型进行求解,最终得到全局最优解,以 PG&E 69 节点配电系统作为算例,在短时停电故障和长时停电故障两种场景下分别对系统进行网络重构恢复,该策略可最大限度地保证配电网故障后的负荷恢复,并有效提高分布式电源的利用率,算例仿真结果表明了所提网络重构策略的正确性及有效性。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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