光伏并网发电系统对电网运行的影响及其应对策略研究 (3).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。光伏发电由于其无污染和可再生的特性而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。为了更好地为人类和电网服务,本文
5、研究了光伏发电对电网运行的影响,并探讨了提高影响的措施。随着中国光伏技术的发展,光伏电站建设已进入MW时代。在国家政策的支持和推动下,中国光伏电站总量将进入快速增长期。2015年,并网容量已超过100兆瓦。对于小容量的光伏电站,在传统的配电网运行控制中,基本上被认为是可以被系统强行拆除的小型随机负载,从而简化了配电网的运行方式。然而,兆瓦级光伏电站的大容量,电网潮汐,线损和电压分布,配电网继电保护配置影响较大,已经不能简单地作为小电源或负荷来处理,研究不足的MW水平光伏电站的输出特性,以及对传统配电网的影响。本文做了以下工作:(1)在光伏阵列和最大功率跟踪方法的基础上,建立了光伏系统的数学模型
6、。在PSASP功率仿真系统中建立了光伏发电系统仿真模型。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。不同容量和接入位置对电压的影响差异很大。(3)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,提出了解决方案。(4)上述结论通过计算实例的实际数据进行验证。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 the sustainable development of man
7、kind. 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 itself will pose a threat to the s
8、afe and stable operation of power grid. In order to better serve human and power grid, this paper studies the influence of photovoltaic power generation on power grid operation and discusses the measures to improve the influence.With the development of Chinas photovoltaic technology, photovoltaic po
9、wer station construction has entered the MW 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. For the photovoltaic power station with small
10、capacity, in the traditional operation control of the distribution network, it is basically considered as a small random load that can be forcibly removed by the system, thus simplifying the operation mode of the distribution network.However, the large capacity, power grid tide, line loss and voltag
11、e distribution of the megawatt photovoltaic power station and the relay protection configuration of the distribution network have a great impact, which can no longer be simply treated as a small power source or load. The output characteristics of the MW level photovoltaic power station that has not
12、been studied, as well as its influence on the traditional distribution network, are insufficient. 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 simulation model of photovo
13、ltaic 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. The effect of differ
14、ent capacity and access position on voltage is very different.(3) the influence of photovoltaic grid-connection on relay protection action characteristics was studied, the advantages and disadvantages of existing protection were summarized, and solutions were proposed.(4) the above conclusions are v
15、erified by the actual data of calculation examples.IIIKeywords: Photovoltaic grid;Grid-connected simulation; Engineering model;Power distribution network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8第2章 基于 PSASP 软件的并网光伏电站的仿真模型92.1光伏电池的发电原理92.2 光伏电池工
16、作特性92.3 光伏发电系统的结构112.4 光伏电池数学模型132.5 MPPT算法152.5.1恒定电压控制法152.5.2 电导增量法162.5.3 扰动观察法182.6逆变器模型192.7单级型光伏发电系统基于PSASP的暂态建模202.8仿真结果对比212.8.1 光照变化的扰动特性212.8.2电网故障扰动动态特性222.9 本章小结22第3章 并网光伏发电系统对电压分布的影响233.1光伏发电系统配电网三相潮流计算233.2我国的配电网络结构263.3 配电网稳态潮流和电压分布分析273.3.1 光伏电源在不同位置并网对电压分布的影响273.3.2 不同的接入容量对配网电压分布的
17、影响293.4 分布式电源接入对电能损耗的影响293.5 本章小结32第4章 并网光伏发电系统对配电网继电保护的影响334.1光伏电源的孤岛效应334.2 配网并入光伏电源对线路保护特性的影响354.2.1 对线路保护动作正确性的影响354.2.2 对线路保护保护范围的影响354.2.3 对线路保护保护选择性的影响364.2.4 对断路器及线路重合闸的影响364.3光伏电站投产后对地区电网继电保护的影响分析364.3.1 光伏电站投产后对线路重合闸的影响364.3.2 光伏电站投产后对 66kV 线路备自投的影响364.3.3 光伏电站投产后的防孤岛保护374.4 本章小结37第5章 光伏电站
18、并网算例分析395.1光伏电源的接入标准395.2 实际算例分析395.2.1电量分析预测395.2.2 并网仿真415.3 本章小结43第6章 结论与展望45参考文献47致谢53V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,如昼夜温差大,光照时间长,太阳辐射强,
19、人口稀少,为大力发展光伏发电奠定了基础。2015年,国家能源局发布了一封征求“太阳能利用十三五”规划意见的信函。光伏电站建设有序实施:以资源条件好,规模准入和本地消费能力为重点的西部地区,根据规划有序建设光伏电站基地,确保光伏发电消费。在中部和东部地区,光伏电站项目将适度建设,结合土地综合利用和煤矿开采沉陷区管理。到2020年,光伏电站累计规模将达到800万千瓦。2016年,国家能源局发布了2016年光伏发电建设实施方案的通知。2017年,国家发展和改革委员会(国家发改委)发布了关于完善陆上风电在线基准电价政策的通知。光伏发电,适当降低新建陆上风电和光伏发电的在线基准电价。光伏电站的特性是白天
20、发电,夜间不发电。一般光伏电站的容量曲线相对固定,在太阳升起停止状态之前,太阳照度达到一定的电网功率值后,当容量最大时,照明强度达到最大值,到晚上之后太阳再次落下,每天可以保持这样的发电规律。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,导致电压偏差,电压波动和电网谐波1。尽管光伏发电会带来种种问题,它的可再生性值得大力推崇,渐渐减少传统方式发电的比例。为我国未来电能的发展带来一片新光景。从光伏发电系统的运行方式来看,我们主要将太阳能光伏发电分为独立运行和
21、并网运行。目前,太阳能发电系统的研究方向是并网光伏发电。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
22、发电系统会 被人们所运用的越来越多。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
23、络最大容量输出容量的同时又保证电网的安全稳 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
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