微电网概率潮流计算与特性分析

摘要

微电网中含有多种不同类型的分布式电源，分布式电源有功出力具有不确定性和波动性的特点。同时微电网具有许多不同于大电网的结构特征，各支路潮流流向不再是单一的流动方向，使得微电网的稳态运行特性更加复杂。因此研究微电网潮流问题对微电网系统的前期规划及后期运行维护具有重要意义。本文从确定性潮流计算出发，围绕概率潮流计算对微电网系统的运行特性进行了研究分析。
　　鉴于确定性潮流分析是概率潮流计算的基础，本文首先建立风力发电系统、光伏发电系统、燃料电池发电系统和微型燃气轮机发电系统的确定性数学模型，并针对传统前推回代潮流算法只能处理PQ类型节点的不足进行改进，采用了一种基于支路电流的前推回代法。该算法以支路电流代替支路功率作为前推过程的变量，通过在每一次迭代时修正无功功率来处理不同类型节点。仿真结果表明该改进算法具备线性收敛的特性且收敛精度较高。
　　针对实际应用中分布式电源有功功率出力具有间歇性和波动性的特点，建立了不同类型分布式电源的概率数学模型，采用了三点估计法与牛顿拉夫逊相结合的微电网概率潮流算法。该算法不受随机变量概率分布类型限制，能够对任意类型的随机变量进行矩估计计算。以微电网系统为例进行仿真验证，结果表明该算法能够准确有效地反映出微电网系统的稳态运行特性，具有较好的实用价值。
　　由于上述微电网概率潮流算法要求输入随机变量是相互独立的，但实际对于地理位置相近的风电场风速之间以及光伏电站的光照强度之间是具有相关性的，因此提出一种考虑了输入随机变量相关性的概率潮流算法。该算法首先利用三阶多项式正态变换对相关性随机变量进行处理，再结合三点估计法对经过处理后的独立非正态随机变量产生点估计值，代入潮流方程式中解出输出变量的点估计值，利用Gram-Charlier级数展开拟合出节点电压及支路功率的概率统计特性曲线。仿真结果表明该算法具有较好的准确性和有效性，能够合理全面地反映计及风光相关性的微电网稳态运行特性。所用变换方法弥补了三点估计法不能处理相关性随机变量的不足，扩大了其应用范围。
　　为进一步分析微电网的运行特性，以含不同类型分布式电源的微电网系统为例，对该系统在独立和并网运行情况下进行了运行特性研究，分析讨论了分布式电源有功出力波动性及可中断用电负荷的开断对微电网系统的影响。仿真结果表明该微电网系统具有自适应性，能够维持电压和频率的稳定，保证系统安全运行。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 确定性潮流计算研究现状

1．2．2 概率潮流计算研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 含分布式电源的配电网确定性潮流计算

2．1 分布式电源在确定性潮流计算中的模型

2．1．1 光伏发电系统模型

2．1．2 燃料电池发电系统模型

2．1．3 微型燃气轮机发电系统模型

2．1．4 风力发电系统模型

2．2 改进的前推回代潮流算法研究

2．2．1 节点编号方案

2．2．2 不同类型节点处理方法

2．2．3 改进的前推回代法计算步骤

2．3 算例分析

2．3．1 不同位置分布式电源对算法影响

2．3．2 不同类型分布式电源对算法影响

2．3．3 两种算法对比分析

2．3．4 分布式电源对配电网影响

2．4 本章小结

第三章 微电网概率潮流计算

3．1 概率潮流计算

3．1．1 概率潮流计算的数学基础

3．1．2 概率潮流计算方法

3．2 分布式电源在概率潮流计算中的模型

3．2．1 风力发电系统概率模型

3．2．2 光伏发电系统概率模型

3．2．3 燃料电池发电系统概率模型

3．2．4 负荷概率模型

3．2．5 储能元件概率模型

3．3 微电网概率潮流计算步骤

3．4 算例分析

3．4．1 仅含风力发电系统的微电网系统

3．4．2 含风光发电系统的微电网系统

3．5 本章小结

第四章 计及风光相关性的微电网概率潮流计算

4．1 计及相关性的微电网概率潮流计算数学基础

4．1．1 三阶多项式正态变换

4．1．2 Gram-Charlier级数展开

4．2 计及风光相关性的微电网概率潮流计算步骤

4．3 算例分析

4．4 本章小结

第五章 微电网特性仿真分析

5．1 微电网系统结构

5．2 微电网仿真结果分析

5．2．1 微电网独立运行仿真分析

5．2．2 微电网并网运行仿真分析

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文