考虑电能质量约束的农村配电网光伏准入容量与渗透率研究

摘要

近年来，在国家政策的大力支持下，光伏产业飞速发展。然而，光伏输出功率由于受辐照度、环境温度等自然因素的影响，具有较强的随机性，导致光伏注入系统的功率也是一个随机变量。同时，光伏电源中含有一定数量的电力电子器件，在工作过程中，向系统注入大量的谐波。随着光伏电源在电网中渗透率的增加，对配电网的影响愈来愈剧烈，尤其是对电能质量指标的影响。本文从概率的角度出发，对含光伏电源配电网的电压偏差，谐波电压畸变率，三相不平衡度等指标进行概率评估，并以概率评估结果作为约束条件，研究含光伏电源的配电网中光伏电源的极限接入容量计算方法。 首先，为避免考虑小概率事件的发生而影响光伏电源极限准入容量的计算，本文在考虑光伏电源和负荷随机性的基础之上，提出了基于电压偏差机会约束的光伏电源极限接入容量计算方法。以最大化光伏电源极限接入容量为目标，电压偏差为机会约束条件，建立光伏电源极限接入容量的计算模型。利用基于拉丁超立方抽样(Latin Hypercube Sampling,LHS）的概率潮流算法得到节点电压统计特性，并利用概率潮流计算结果和量子遗传算法求解该模型。通过在IEEE34节点算例和甘肃省某县实际农村配电网的仿真计算，表明了本文所提方法的有效性和可行性。然后，在考虑光伏电源注入谐波幅值随机性的基础之上，采用机会约束规划来计算光伏电源的极限接入容量。以接入光伏容量最大化为目标函数，节点电压偏差和电压总谐波畸变率为机会约束条件，建立光伏极限接入容量计算模型。运用粒子群优化算法和基于拉丁超立方采样的谐波概率潮流计算结果求解该模型，在IEEE34节点系统通过与确定性规划作比较，验证了本文所提方法的有效性。接着，针对单相光伏电源接入后对系统三相不平衡度的影响，综合考虑电压偏差，谐波电压畸变率，三相不平衡度这三个主要的电能质量指标，建立了以上述三项电能质量指标为机会约束条件，接入光伏电源容量最大为目标函数的机会约束规划模型，并利用基于拉丁超立方采样的三相概率潮流计算与粒子群优化算法求解该模型。通过在IEEE36节点算例的仿真计算，验证了本文所提方法的有效性和可行性，为考虑电能质量约束的农村配电网光伏电源极限准入容量的计算提供了理论依据与科学指导。

目录

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附表索引

第1章 绪论

1.1选题背景

1.1.1能源与环境

1.1.2光伏发电概况

1.1.3机遇与挑战

1.2国内外研究现状

1.2.1分布式电源电能质量问题的研究现状

1.2.2考虑电能质量约束的光伏准入容量计算与光伏渗透率研究现状

1.3本文的主要工作和各章节安排

第2章 基本理论介绍

2.1数学规划理论

2.1.1机会约束规划模型

2.1.2机会约束规划模型的求解

2.2拉丁超立方采样

2.3量子遗传算法

2.3.1量子遗传算法调整策略

2.3.2量子遗传算法流程

2.4光伏输出功率和负荷模型

2.4.1光伏输出功率随机模型

2.4.2负荷的随机功率模型

2.5本章小结

第3章 基于电压偏差机会约束规划的光伏极限准入容量计算

3.1基于电压偏差机会约束规划的配电网光伏极限接入容量优化模型

3.2基于电压偏差机会约束规划模型的求解

3.2.1基于电压偏差机会约束的极限接入容量求解流程

3.2.2机会约束条件检验方法的改进

3.3算例结果与分析

3.3.1方法验证

3.3.2光伏接入位置对极限容量的影响

3.3.3电压偏差置信水平对容量的影响

3.3.4分布式光伏多点接入

3.3.5分布式光伏接入甘肃某地区农村配电网

3.4本章小结

第4章 基于谐波电压畸变率机会约束的光伏极限接入容量计算方法

4.1分布式光伏电源容量的机会约束规划模型

4.1.1分布式光伏电源谐波注入随机性及其处理方法

4.1.2基于谐波电压畸变率机会约束规划模型的建立

4.2基于谐波电压畸变率机会约束规划模型的求解

4.2.1粒子群优化算法

4.2.2基于谐波电压畸变率机会约束的极限接入容量求解流程

4.3算例结果与分析

4.3.1单节点接入

4.3.2多节点接入

4.4本章小结

第5章 基于电压偏差与谐波畸变率机会约束的光伏准入容量计算

5.1基于电压偏差与谐波电压畸变率机会约束规划模型的建立

5.2基于电压偏差与谐波电压畸变率机会约束规划模型的求解

5.3算例结果与分析

5.3.1最大渗透率方案的确定

5.3.2单节点接入

5.3.3多节点接入

5.4本章小结

第6章 基于多项电能质量指标机会约束的光伏极限接入容量计算

6.1基于机会约束规划的单相光伏极限接入容量优化模型

6.2基于多项电能质量指标机会约束规划模型的求解

6.3算例结果与分析

6.3.1单相光伏电源接入后对三项主要电能质量指标的影响

6.3.2三种接入方式下单相光伏电源极限接入容量的计算

6.4本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间取得的研究成果

附录B IEEE36相关参数