分布式电源接入配电网能效测评与仿真研究

摘要

传统化石燃料日趋减少、环境污染日益加剧、恶劣气候状况频发已成为全球性课题，可再生清洁能源的应用和开发正逐渐占据各国能源战略的制高点。电力作为目前应用最为广泛的能源利用方式，增加可再生清洁能源在发电环节比重是电力行业目前阶段发展的必然选择。此外，随着风力发电、光伏发电等分布式电源迅速发展，与分布式电源并网相关技术和分布式电源出力的消纳相关课题的研究成为电气工程学科热门研究领域。
　　由于传统的配电网是以用户侧无源为基础设计的，大量的分布式电源并入配电网给配电网运行和设计规划等方面带来了一系列问题。由于风电、光伏发电等分布式发电技术本身具有间歇性和波动性的特点，其接入配电网后会改变配电网原有的单向的潮流流向，并对配电网输电网损、配电网供电质量以及配电网运行可靠性等方面带来影响。本文通过搭建风电、光伏发电两种最为常见的分布式电源模型接入110kV配电网的仿真模型来研究分布式电源接入配电网后与网损相关的运行指标的变化情况，结合文中所提出综合评价模型来评价配电网能效水平，并根据其当前能效水平找出提升能效的建议与方法。
　　论文首先对目前常用的几种分布式电源技术的应用和发展现状以及各自优缺点做了介绍。并对研究了双馈式风力发电和光伏发电发电原理和出力数学模型。
　　其次，本文在MATLAB/Simulink仿真平台下搭建光伏发电系统和由双馈式风机组成的风电场以及5节点的110kV配电网主电路。论文中研究了两种分布式电源并网前相关控制，包括搭建了PWM整流器、DC/DC斩波器以及风电、光伏发电功率控制策略模型。在将两种分布式电源接入配电网过程中，通过调整接入节点位置、接入分布式电源容量以及分布式电源出力的功率因数，通过仿真观察各节点电流、电压变化情况，来推算输电线路网损变化、谐波畸变率、三相电压不平衡度等配电网运行参数。
　　最后，目前针对于分布式电源接入后配电网的能效评估方法单一、缺乏针对性的现状，本文基于分布式电源接入配电网的仿真数据，结合多种数学评价方法，构建了6个输入指标和2个输出指标的能效评价指标体系。通过仿真和配电网实际运行数据结合评价方法中指标权重的计算模型来计算出各指标权重。结合层次分析法、数据包络法、灰色关联度分析法形成了适用于本文的新型综合评价模型。上述新方法对于分布式电源接入配电网后配电网能效水平的评价更有科学性和针对性，为配电网能效评估和配电网系统节能降损的实施提供了思路和方法。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 含分布式电源接入的配电网能效水平的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 分布式电源接入对配电网影响的研究现状

1．2．2 含分布式电源接入的配电网能效评估研究现状

1．3 本论文研究内容

2 分布式电源及其对配电网能效影响分析

2．1 风力发电技术

2．1．1 风力发电国内外研究应用现状

2．1．2 风机出力数学模型

2．2 太阳能光伏电池

2．2．1 光伏发电国内外研究应用现状

2．2．2 光伏电池出力数学模型

2．3 分布式电源接入对配电网能效的影响分析

2．4 本章小结

3 含分布式电源接入的配电网能效指标体系

3．1 能效指标体系及综合评价模型构建原则

3．2 能效指标体系

3．2．1 架空线路长度

3．2．2 分布式电源容量占比

3．2．3 分布式电源功率因数

3．2．4 三相负荷不平衡

3．2．5 电流谐波畸变率

3．2．6 配电网母线电压合格率

3．3 本章小结

4 分布式电源建模与并网仿真研究

4．1 光伏发电系统建模

4．1．1 光伏发电系统仿真模型

4．1．2 PWM逆变控制

4．1．3 光伏发电系统输出功率控制

4．2 双馈异步发电机建模

4．2．1 双馈式异步发电机系统仿真模型

4．2．2 AC／DC整流控制

4．2．3 双馈式异步风力发电系统输出功率控制

4．3 分布式电源接入配电网仿真研究

4．3．1 仿真模型设置

4．3．2 架空输电线路长度变化下仿真实验

4．3．3 不同分布式电源容量仿真实验

4．3．4 不同分布式电源功率因数仿真实验

4．4 本章小结

5 配电网能效综合评价模型

5．1 经典的综合评价方法

5．2 改进的综合评价模型

5．3 能效指标数据归一化处理

5．4 能效指标贡献度与权重的计算

5．5 配电网能效水平综合评价计算

5．6 本章小结

6 配电网能效综合评价算例分析

6．1 能效指标数据提取与处理

6．2 能效指标贡献度的计算

6．2．1 分布式电源架空线路长度

6．2．2 分布式电源容量占比

6．2．3 分布式电源功率因数

6．2．4 三相负荷不平衡度

6．2．5 电流谐波畸变率

6．2．6 母线电压合格率

6．3 能效指标权重矩阵的计算

6．4 不同情景下的配电网能效水平综合评价结果与比较分析

6．5 本章小结

7 结论与展望

参考文献

作者简历

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