光伏并网发电系统对电网运行的影响及其应对策略研究 (5).doc
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1、学校代码: 10286分类号: 密 级: UDC: 学 号: 光伏并网发电系统对电网运行的影响及其应对策略研究 研究生姓名: 导师姓名: 申请学位类别 学位授予单位 东 南 大 学 一级学科名称 论文答辩日期 20 年 月 日 二级学科名称 学位授予日期 20 年 月 日 答辩委员会主席 评 阅 人 20 年 月 日硕士学位论文光伏并网发电系统对电网运行的影响及其应对策略研究专业名称: 研究生姓名: 导师姓名: STUDY ON THE IMPACT OF PHOTOVOLTAIC GRID-CONNECTED POWER GENERATION SYSTEM ON POWER GRID OPE
2、RATION AND ITS COUNTERMEASURESA Dissertation(Thesis)Submitted toSoutheast UniversityFor the Academic Degree of Doctor (or Master) ofEngineering(or Science etc)BYName of Graduate (such as HAN Bao-cheng)Supervised byName of Supervisor and Title (such as Prof. FENG Chang-gen)andName of Second Superviso
3、r and TitleName of Department (or School)Southeast UniversityDate of Submit (such as April 2002)东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名: 日期: 东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技
4、术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅,可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名: 导师签名: 日期: 摘要摘要能源和环境危机已成为影响人类可持续发展的重要问题。光伏发电以其无污染、可再生的特点受到越来越多的关注, 光伏发电产业发展迅速。然而, 光伏发电本身的随机波动将对电网的安全稳定运行构成威胁。为了更好地服务于人力和电网, 本
5、文研究了光伏发电对电网运行的影响, 并探讨了提高其影响的措施。随着我国光伏技术的发展, 光伏电站建设已进入兆瓦时代。在国家政策的支持和推动下, 中国光伏电站总数将进入快速增长时期。2015年, 并网容量已超过100兆瓦。对于容量较小的光伏电站, 在传统的配电网运行控制中, 基本上被认为是系统可以强行拆除的小随机负荷, 从而简化了电网的运行模式。分销网络。然而, 兆瓦光伏电站的大容量、电网潮、线路损耗和电压分布以及配电网的继电保护配置都有很大的影响, 这不能再简单地被认为是一个小的电源或负载。MW 光伏电站的输出特性及其对传统配电网的影响还不够。本文做了以下工作:(1) 在光伏阵列和最大功率跟踪
6、方法的基础上, 建立了光伏系统的数学模型。在 PSASP 电力仿真系统中建立了光伏发电系统的仿真模型。仿真结果验证了模型的正确性。(2) 研究了光伏发电并网对配电网潮流和电压分布的影响。不同的容量和接入位置对电压的影响是非常不同的。(3) 研究了光伏并网对继电保护作用特性的影响, 总结了现有保护的优缺点, 并提出了解决方案。(4) 通过计算实例的实际数据对上述结论进行了验证。关键词:光伏并网;并网仿真;工程模型;配电网IAbstractAbstractEnergy and environmental crisis has become an important issue affecting
7、the sustainable development of mankind. Photovoltaic power generation has attracted more and more attention due to its pollution-free and renewable characteristics, and the photovoltaic power generation industry has developed rapidly. However, the random fluctuation of photovoltaic power generation
8、itself will pose a threat to the safe and stable operation of power grid. In order to better serve human power and power grid, this paper studies the influence of photovoltaic power generation on power grid operation and discusses the measures to improve its influence.With the development of Chinas
9、photovoltaic technology, photovoltaic power station construction has entered the megawatt era. With the support and promotion of national policies, the total number of photovoltaic power stations in China will enter a period of rapid growth. In 2015, the grid-connected capacity has exceeded 100 mw.
10、For photovoltaic power stations with small capacity, in the traditional operation control of the distribution network, it is basically considered as a small random load that the system can be forcibly removed, thus simplifying the operation mode of the grid. Distribution networks.However, the large
11、capacity of a megawatt photovoltaic power station, the power grid tidal current, the line loss and voltage distribution, and the relay protection configuration of the distribution network all have a great impact, which can no longer be simply considered as a small power source or load. The output ch
12、aracteristics of MW photovoltaic power station and its influence on traditional distribution network are not enough. This paper does the following work:(1) on the basis of photovoltaic array and maximum power tracking method, the mathematical model of photovoltaic system is established. The simulati
13、on model of photovoltaic power generation system is established in PSASP power simulation system. The simulation results verify the correctness of the model.(2) the influence of photovoltaic power generation grid-connection on power flow and voltage distribution of distribution network is studied. D
14、ifferent capacities and access locations have very different effects on the voltage.(3) the influence of photovoltaic grid-connection on relay protection characteristics was studied, the advantages and disadvantages of existing protection were summarized, and solutions were proposed.(4) the above co
15、nclusions are verified by the actual data of calculation examples.Keywords: Photovoltaic grid;Grid-connected simulation; Engineering model;Power distribution networkIII目录目 录摘要IAbstractIII第1章 绪论11.1选题背景及其意义11.2国内外研究现状及发展动态研究21.2.1 国内外研究现状21.2.2 光伏并网技术研究现状41.3课题研究内容6第2章 基于 PSASP 软件的并网光伏电站的仿真模型72.1光伏电池
16、的发电原理72.2 光伏电池工作特性72.3 光伏发电系统的结构92.4 光伏电池数学模型112.5 MPPT算法132.5.1恒定电压控制法132.5.2 电导增量法142.5.3 扰动观察法152.6逆变器模型162.7单级型光伏发电系统基于PSASP的暂态建模172.8仿真结果对比182.8.1 光照变化的扰动特性182.8.2电网故障扰动动态特性192.9 本章小结19第3章 并网光伏发电系统对电压分布的影响213.1光伏发电系统配电网三相潮流计算213.2我国的配电网络结构233.3 配电网稳态潮流和电压分布分析243.3.1 光伏电源在不同位置并网对电压分布的影响243.3.2 不
17、同的接入容量对配网电压分布的影响263.4 分布式电源接入对电能损耗的影响263.5 本章小结29第4章 并网光伏发电系统对配电网继电保护的影响314.1光伏电源的孤岛效应314.2 配网并入光伏电源对线路保护特性的影响334.2.1 对线路保护动作正确性的影响334.2.2 对线路保护保护范围的影响334.2.3 对线路保护保护选择性的影响344.2.4 对断路器及线路重合闸的影响344.3光伏电站投产后对地区电网继电保护的影响分析344.3.1 光伏电站投产后对线路重合闸的影响344.3.2 光伏电站投产后对 66kV 线路备自投的影响344.3.3 光伏电站投产后的防孤岛保护354.4
18、本章小结35第5章 光伏电站并网算例分析375.1光伏电源的接入标准375.2 实际算例分析375.2.1电量分析预测375.2.2 并网仿真385.3 本章小结41第6章 结论与展望43参考文献45致谢51V第1章 绪论第1章 绪论1.1选题背景及其意义随着中国经济持续增长,各个地区对电能的需求量可谓不可同日而语。由于东部、西部经济发展、能源分布的不平衡,“西电东送”解决了这一矛盾。由于传统火电发电用煤来产生能源动力,对于环境、能源、大气等方方面面对人类产生了影响。比如煤炭资源的不可再生性、北方严重的“雾霾”天气等等。于是,人们试图寻找其他的能源转换成电能。西部地区有其独特的优势,如昼夜温差
19、大,光照时间长,太阳辐射强,人口稀少,为大力发展光伏发电奠定了基础。光伏发电站在白天而不是在夜间发电。通常,光伏电站的容量曲线是相对固定的。在太阳升起和停止之前太阳能照度达到电网的某个功率值之后,当容量达到其最大值时,照明强度达到其最大值。太阳落山后,每天都可以维持发电规则。这种发电特性使得光伏电站的输出适用于白天负载较重的工业和企业,但不适用于民用负载,除非用能量存储装置重新配置。光伏电站的并网运行可能会影响电网系统的潮流,无功电压,短路特性和暂态稳定性,从而产生电压偏差,电压波动和电网谐波1。尽管存在与光伏发电相关的问题,但其可再生潜力值得信赖,随着常规发电比例的逐渐降低。对于我们国家未来
20、的电能发展将带来一个新的景象。这是利用电力技术大规模利用太阳能的重要步骤之一。对光伏 电源来说并网运行的发电模式有很多优点,第一,光伏电站因并入系统,对负载来说,解决了供应电能质量和发电稳定性能的问题;第二,运用控制技术手段让 光能电池一直在最大功率值上工作,让电力网络能够容纳光能系统发出的全部电力,提升了光能发电的工作效率;并且,我们削减掉蓄电的冗余步骤,减少了电 能的存储环节和运放电池造成的能量的损失,缩减了运维资金的投入,在一定程 度上避免了在此过程中造成的环境污染的问题。从最近几年看,由于光伏电池成 本的大幅减低以及新能源产业技术及供应链的飞速发展,并网运行的发电系统会 被人们所运用的
21、越来越多。然而,和传统的电力系统不同的是,太阳能发电利用的是光伏逆变器装置将光伏电池的直流电转换成交流电,再经过变压器升压到电力网络上,在整个过程中并没有旋转设备,而其在一定的程度上极易被周围的环 境所干扰。并且,整个电网中太阳能发电系统的比例越来越大,这将对电网的安全稳定性产生重大影响。所以,我们通过在大型电力分析系统 软件中,进行一些符合实际的定量的仿真分析,研究光伏电源对系统的影响是非 常必要的。近些年,我国缺乏对光伏发电网络稳定性能方面的研究,在大规模的电力网 络系统的仿真软件中很难找到光能发电暂态仿真功能模块,通过翻阅文献发现,文献2-3对如何获取导入电力网络最大容量输出容量的同时又
22、保证电网的安全稳 定性进行了仿真分析;文献4主要从光能发电的输出功率的随机性角度获得光 伏的安装容量的峰峰值,这仅仅单纯的把光能发电站当作负载来看,并没有从整 体反应出光能发电系统电池和本身系统之间的影响作用。并且,光伏发电站导入 的节点绝大多数情况都是电力网络的终端,系统的稳定性能不强,我们不能忽略 光能发电系统的和电力系统末端间的相互影响。因此,本论文首先在单级型光伏 发电系统的基础上,充分的借助电力网络系统综合程序做必要的仿真研究计算,PSASP(电网系统综合分析)是中国电网研究院自主研发的仿真模型。它是一个功能强大且易于使用的电力网络系统仿真系统,可以调用网格基础数据库,固定模型数据库
23、和用户定义的模型数据库。PSASP 能够自主的对电力网络系统的输入、输出和匹配系统的计算分析,并且根据用户 GUI 界面中 创建单级型光能发电系统的暂态仿真模型。通过研究PSASP软件环境中模型的瞬态特性,并与PSCAD / EMTDC软件环境中电磁暂态模型的动态特性进行比较,验证了模型的可行性。根据2016年A区光伏电站发电量和负荷使用情况分析,研究了光伏并网对继电保护动作特性的影响。总结了现有保护的优缺点并提出了解决方案,通过算例实际数据验证了以上结论。1.2国内外研究现状及发展动态研究1.2.1 国内外研究现状太阳照射地球30分钟的能量足以让全世界在一年内消耗。人类所依赖的几乎所有自然资
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