利用柔性环网开关提高配电网光伏渗透率的研究

摘要

传统能源的逐渐枯竭以及传统能源消耗带来的环境污染问题，影响了人类社会的可持续发展。开发新能源逐渐替代传统能源是未来发展的趋势，而太阳能以其资源丰富、廉价、无污染等特点，有着广阔的发展前景。光伏发电行业的快速发展，使得电网中光伏发电的比例日益提高。但是大量光伏发电的并网运行却给配电网带来了一系列的电能质量问题，而且随着光伏并网规模的不断扩大，这些电能质量问题正变得越来越突出。尤其是光伏大量接入配电网带来的电压越限问题正制约着更大规模的光伏并网发电。如何解决光伏大量接入带来的电压越限问题已经成为了国内外电力研究者的一个重点研究方向。柔性环网开关(soft normally-open point，SNOP)可以调节配电网的潮流，因而是解决电压越限问题并提高配电网光伏渗透率的一个有效手段。所以，研究利用柔性环网开关提高配电网光伏渗透率对当今配电网的建设与改造具有十分重要的意义。
　　本文首先介绍了基于电压源型变流器的柔性环网开关，对它的电路结构、工作原理、数学模型、控制策略等进行了详细阐述。给出了柔性环网接入配电网的两种方式，并且在分析了柔性环网开关稳定运行时需要满足的约束条件的基础上，定义了它的两种控制模式。其次，分析了光伏发电接入配电网对电压的影响，针对大量光伏接入引起的电压越限问题，提出通过在配电网中安装柔性环网开关来解决这一问题，进而提高配电网光伏渗透率。文中，还提出了衡量配电网光伏渗透率的目标函数，并给出了计算目标函数的算法。33节点配电网算例和102节点配电网算例结果表明，柔性环网开关可以有效提高配电网光伏渗透率，而且提高的效果和柔性环网开关容量有着密切的关系。最后，针对由于配电网负荷、光伏出力等参数变化而导致的配电网电压实时变动，提出了一种基于扰动观察法的柔性环网开关优化运行控制策略，该策略通过柔性环网开关对配电网施加功率扰动来获取柔性环网开关的实时控制参数，从而实现对配电网电压的实时控制。通过33节点配电网算例和102节点配电网算例验证了柔性环网开关采取该控制策略运行时，可以使配电网的电压维持在正常水平，并且可以有效抑制馈线末端电压的大幅波动，大大改善了配电网的电压质量。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 配电网电压越限解决方法研究现状

1．2．2 柔性环网开关研究现状

1．3 本文主要研究内容及章节安排

2 柔性环网开关

2．1 柔性环网开关的工作原理

2．2 柔性环网开关的数学模型

2．2．1 三相静止abc坐标系下的一般数学模型

2．2．2 同步旋转dq坐标系下的数学模型

2．3 柔性环网开关的控制策略

2．3．1 直接电流控制策略

2．3．2 内外环控制器

2．4 柔性环网开关接入配电网的方式

2．4．1 间接接入

2．4．2 直接接入

2．5 柔性环网开关的控制模式

2．5．1 稳定运行约束条件

2．5．2 控制模式

2．6 本章小结

3 利用柔性环网开关提高配电网光伏渗透率

3．1 光伏发电接入配电网对电压的影响

3．1．1 光伏发电的潮流计算模型

3．1．2 光伏接入配电网的位置

3．1．3 光伏发电对配电网电压的影响

3．2 柔性环网开关提高配电网光伏渗透率原理

3．2．1 光伏不均衡接入

3．2．2 光伏均衡接入

3．3 配电网最大光伏渗透率算法

3．3．1 配电网最大光伏渗透率数学模型

3．3．2 配电网最大光伏渗透率算法实现

3．4 配电网算例分析

3．4．1 33节点配电网算例分析

3．4．2 102节点配电网算例分析

3．4．3 算例仿真结论

3．5 柔性环网开关容量对配电网光伏渗透率的影响

3．6 本章小结

4 柔性环网开关优化运行控制策略

4．1 集中控制策略

4．2 优化运行控制策略

4．2．1 基于柔性环网开关的扰动观察法

4．2．2 基于扰动观察法的优化运行控制策略

4．3 33节点配电网优化运行

4．4 102节点配电网优化运行

4．5 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

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