分布式電源并網(wǎng)后配電網(wǎng)調(diào)壓?jiǎn)栴}的研究-電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化碩士論文

華北電力大學(xué)（保定） 碩士學(xué)位論文 分布式電源并網(wǎng)后配電網(wǎng)調(diào)壓?jiǎn)栴}的研究 姓名：楊艷芳 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士 專業(yè)：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師：楊淑英 20081218 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要 摘要 分布式電源在電力系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，但隨之給電網(wǎng)帶來(lái)一些新的 技術(shù)難題。本文針對(duì)分布式電源接入配電網(wǎng)之后對(duì)電壓造成的影響及電壓調(diào)整進(jìn)行 分析研究。首先簡(jiǎn)單介紹了現(xiàn)在比較熱門的四種分布式電源技術(shù)；接著利用疊加原 理算法分析了分布式電源引入之后的電壓分布，重點(diǎn)研究了分布式電源以不同的容 量、不同的接入位置、不同的功率因數(shù)接入電網(wǎng)后對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響：并針對(duì)分 布式電源在輻射形配電網(wǎng)中的接入點(diǎn)問(wèn)題，提出了一種分布式電源的最優(yōu)接入點(diǎn)算 法；為更加準(zhǔn)確的分析分布式電源引入后對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響，建立了新型靜止無(wú) 功發(fā)生器對(duì)其進(jìn)行電壓調(diào)整的仿真模型，并通過(guò)仿真，證明在分布式電源并網(wǎng)和退 出運(yùn)行時(shí)的可行性。 關(guān)鍵詞：分布式電源，配電網(wǎng)，電壓調(diào)整，新型靜止無(wú)功發(fā)生器 A B S T R A C T D i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n sa r ea p p l i e di np o w e rs y s t e mm o r ea n dm o r ew i d e l y ，b u tt h e i n c r e a s i n gn u m b e ro fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n sb r i n g sa b o u ts o m et e c h n i c a lp r o b l e m s T h e p a p e rm a i n l ys t u d i e st h ei n f l u e n c eo nv o l t a g eb yi n t r o d u c i n gt h ed i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n s i n t ot h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ka n dv o l t a g er e g u l a t i o n T h et h e s i sf i r s t l yi n t r o d u c e ss i m p l y f o u r p o p u l a rd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o nt e c h n i q u e s ，s e c o n d l y U S e St h e a l g o r i t h m o f s u p e r p o s i t i o np r i n c i p l et oa n a l y z ev o l t a g ep r o f i l ea f t e ri n t r o d u c i n gD Gm a i n l ys t u d i e s t h ei n f l u e n c eo fv o l t a g ei nd i s t r i b u t i o nn e t w o r kc a u s e db yt h ev a r i e t i e so fs i z e ，l o c a t i o n a n dp o w e rf a c t o ro fD Gt h e np r o p o s e sa na l g o r i t h mo fo p t i m a la c c e s sp o i n ta c c o r d i n gt o t h ea C C e S Sp o i n tp r o b l e mo fD Gi nt h er a d i a t i o nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k I no r d e rt oa n a l y z e t h ei n f l u e n c eo fv o l t a g ei nd i s t r i b u t i o nn e t w o r ka f t e ri n t r o d u c i n gD Gm o r ea c c u r a t e l y , t h i sp a p e re s t a b l i s h e st h en e wA S V Gs i m u l a t i o nm o d e lt or e g u l a t ev o l t a g e I nt h ee n d ， t h es i m u l a t i o nr e s u l t si m p r o v et h ef e a s i b i l i t yo ft h ep r o p o s e dm e t h o dw h e nD Gi si no r o u to ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k Y a n gY a h f a n g ( P o w e rS y s t e ma n dI t sA u t o m a t i o n ) D i r e c t e db yA s s o c i a t eP r o L “ f a n gS h u y i n g K E YW O R D S ：D Gd i s t r i b u t i o nn e t w o r k , v o l t a g er e g u l a t i o n ，A S V G 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要 摘要 分布式電源在電力系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，但隨之給電網(wǎng)帶來(lái)一些新的 技術(shù)難題。本文針對(duì)分布式電源接入配電網(wǎng)之后對(duì)電壓造成的影響及電壓調(diào)整進(jìn)行 分析研究。首先簡(jiǎn)單介紹了現(xiàn)在比較熱門的四種分布式電源技術(shù)；接著利用疊加原 理算法分析了分布式電源引入之后的電壓分布，重點(diǎn)研究了分布式電源以不同的容 量、不同的接入位置、不同的功率因數(shù)接入電網(wǎng)后對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響：并針對(duì)分 布式電源在輻射形配電網(wǎng)中的接入點(diǎn)問(wèn)題，提出了一種分布式電源的最優(yōu)接入點(diǎn)算 法；為更加準(zhǔn)確的分析分布式電源引入后對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響，建立了新型靜止無(wú) 功發(fā)生器對(duì)其進(jìn)行電壓調(diào)整的仿真模型，并通過(guò)仿真，證明在分布式電源并網(wǎng)和退 出運(yùn)行時(shí)的可行性。 關(guān)鍵詞：分布式電源，配電網(wǎng)，電壓調(diào)整，新型靜止無(wú)功發(fā)生器 A B S T R A C T D i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n sa r ca p p l i e di np o w e rs y s t e mm o r ea n dm o r ew i d e l y ，b u tt h e i n c r e a s i n gn u m b e ro fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n sb r i n g sa b o u ts o m et e c h n i c a lp r o b l e m s T h e p a p e rm a i n l ys t u d i e st h ei n f l u e n c eo nv o l t a g eb yi n t r o d u c i n gt h ed i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n s i n t ot h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ka n dv o l t a g er e g u l a t i o n T h et h e s i sf i r s t l yi n t r o d u c e ss i m p l y f o u r p o p u l a rd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o nt e c h n i q u e s ，s e c o n d l y U S e St h e a l g o r i t h m o f s u p e r p o s i t i o np r i n c i p l et oa n a l y z ev o l t a g ep r o f i l ea f t e ri n t r o d u c i n gD Gm a i n l ys t u d i e s t h ei n f l u e n c eo fv o l t a g ei nd i s t r i b u t i o nn e t w o r kc a u s e db yt h ev a r i e t i e so fs i z e ，l o c a t i o n a n dp o w e rf a c t o ro fD G , t h e np r o p o s e sa na l g o r i t h mo fo p t i m a la c c e s sp o i n ta c c o r d i n gt o t h ea c c e s sp o i n tp r o b l e mo fD Gi nt h er a d i a t i o nd i s t r i b u t i o nn e t w o r k I no r d e rt oa n a l y z e t h ei n f l u e n c eo fv o l t a g ei nd i s t r i b u t i o nn e t w o r ka f t e ri n t r o d u c i n gD Gm o r ea c c u r a t e l y , t h i sp a p e re s t a b l i s h e st h en e wA S V Gs i m u l a t i o nm o d e lt or e g u l a t ev o l t a g e I nt h ee n d ， t h es i m u l a t i o nr e s u l t si m p r o v et h ef e a s i b i l i t yo ft h ep r o p o s e dm e t h o dw h e nD Gi si no r o u to ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k Y a n gY a h f a n g ( P o w e rS y s t e ma n dI t sA u t o m a t i o n ) D i r e c t e db yA s s o c i a t eP r o f “ f a n gS h u y i n g K E YW O R D S ：D Gd i s t r i b u t i o nn e t w o r k , v o l t a g er e g u l a t i o n ，A S V G 聲明戶明 本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學(xué)位論文分布式電源并網(wǎng)后配電網(wǎng)調(diào)壓?jiǎn)栴}的 研究，是本人在華北電力大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間，在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取 得的研究成果。據(jù)本人所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他 人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得華北電力大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位 或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作 了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 學(xué)位論文作者簽名：塹塾苤日期： 迎& ：1 2 蛭 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解華北電力大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保管、 并向有關(guān)部門送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；學(xué)校可以采用影印、縮印或其它復(fù)制手 段復(fù)制并保存學(xué)位論文；學(xué)?？稍试S學(xué)位論文被查閱或借閱：學(xué)校可以學(xué)術(shù)交流為 目的，復(fù)制贈(zèng)送和交換學(xué)位論文；同意學(xué)?？梢杂貌煌绞皆诓煌襟w上發(fā)表、傳播 學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。 ( 涉密的學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定) 作者簽名：燃 日期： 塑墨：1 2 ：1 5 導(dǎo)師簽名： 日期： 趣泛 w o 譬。| 1 | X 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 1 背景及意義 第一章緒論 隨著電力系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，建立和發(fā)展電力市場(chǎng)已經(jīng)成為國(guó)際電力工業(yè)發(fā) 展的趨勢(shì)。在全球電力市場(chǎng)環(huán)境下，引起發(fā)電技術(shù)變革，使獨(dú)立發(fā)電運(yùn)營(yíng)商投資新 興經(jīng)濟(jì)的分布式電源技術(shù)( D i s t r i b u t e dG e n e r a t i o n ，D G ) 成為可能【1 1 ；電力市場(chǎng)的建 立同樣給電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性帶來(lái)挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)大容量電力系統(tǒng)暴露出的 弊端更加突出： ( 1 ) 市場(chǎng)環(huán)境加大了負(fù)荷波動(dòng)、發(fā)電廠投資等因素隨機(jī)變化程度，而大型電力 系統(tǒng)不能靈活跟蹤負(fù)荷變化，造成發(fā)輸電設(shè)備投資容量浪費(fèi)； ( 2 ) 集中式大電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)供電造成輸電費(fèi)用過(guò)高； ( 3 ) 互聯(lián)大電網(wǎng)系統(tǒng)局部事故容易導(dǎo)致大面積停電，嚴(yán)重威脅了系統(tǒng)安全穩(wěn)定 性，并由于電力中斷造成經(jīng)濟(jì)損失。 另一方面，世紀(jì)的能源問(wèn)題也是各國(guó)關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。有效使用能源，節(jié)約能 源，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略觀念深入人心。各國(guó)政府都積極制定環(huán)保 和節(jié)能政策，大力鼓勵(lì)發(fā)展節(jié)能技術(shù)和可再生能源發(fā)電技術(shù)以解決能源緊缺和環(huán)境 污染問(wèn)題l 引。 分布式電源技術(shù)正是基于以上原因成為電力系統(tǒng)新的研究熱點(diǎn)，并在未來(lái)電力 系統(tǒng)中發(fā)揮重大作用。但是，D G 并不是簡(jiǎn)單的發(fā)電技術(shù)，可以在電力系統(tǒng)隨心所 欲的使用，只有在滿足一些技術(shù)約束條件下，對(duì)其接入系統(tǒng)容量合理規(guī)劃和設(shè)計(jì)， 通過(guò)選擇合適的類型在需要的時(shí)候和位置正確的應(yīng)用，才能發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)作用，環(huán)境 性能以及使系統(tǒng)獲得更好的可靠性。同時(shí)，分布式電源在發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，會(huì)給電 力系統(tǒng)運(yùn)行和穩(wěn)定性帶來(lái)許多問(wèn)題和挑戰(zhàn)。因此，針對(duì)分布式電源對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)面 影響，研究解決問(wèn)題的方法，為分布式電源供電與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，發(fā)揮它 對(duì)系統(tǒng)的補(bǔ)充優(yōu)勢(shì)也有重要的理論指導(dǎo)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值f 3 5 1 。 本課題重點(diǎn)研究D G 并入配電網(wǎng)的電壓以及相應(yīng)的電壓調(diào)整措施。結(jié)合近年來(lái) 國(guó)內(nèi)外分布式電源接入配電網(wǎng)后對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行和控制影響的研究成果和文獻(xiàn)，在分 析分布式電源技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)含有分布式電源的配電網(wǎng)電壓分布進(jìn)行定量的研 究，系統(tǒng)的分析分布式電源對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響，提出分布式電源的最優(yōu)配置方法， 最后通過(guò)建模仿真，研究分布式電源引入之后的配電網(wǎng)電壓調(diào)整。文獻(xiàn)【8 】總結(jié)了 D G 影響配電網(wǎng)電壓控制的幾點(diǎn)因素：現(xiàn)有的自動(dòng)電壓控制器( A u t o m a t i cV o l t a g e C o n t r o l ，A V C ) 通過(guò)控制無(wú)源配電網(wǎng)( 幾乎沒(méi)有發(fā)電機(jī)存在) 電壓幅值的大小而工作 的；D G 位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，遠(yuǎn)離主變電站，在主變電站實(shí)現(xiàn)電壓控制較困難；如變 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 電站到發(fā)電機(jī)之間的線路阻抗大、負(fù)荷密度低，電壓控制甚至不能實(shí)現(xiàn)；如果接 于饋電線的D G 容量額定值大于饋電回路的總負(fù)荷量，通過(guò)降壓變壓器的潮流將反 向，致使變壓器低壓側(cè)成為電源；D G 的類型( 同步機(jī)、異步機(jī)) 及運(yùn)行條件影響電 壓控制。 文獻(xiàn)【9 】基于分布式發(fā)電穩(wěn)定性建模的研究方法將D G 視為備用電源、削峰和電 網(wǎng)測(cè)量應(yīng)用三個(gè)模塊。在輻射狀電網(wǎng)中，通過(guò)機(jī)械或電力電子轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)D G 作為備用電源投入，削峰和電網(wǎng)測(cè)量應(yīng)用模塊則視為“負(fù)”負(fù)荷。在網(wǎng)狀配電網(wǎng)中， 為適應(yīng)基于輻射狀網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性分析算法，將恒壓源代替D G ，并在機(jī)組的出口處安 裝斷路器。文獻(xiàn)【1 0 】借助于電力系統(tǒng)計(jì)算軟件包( E R A C S ) 進(jìn)行的仿真計(jì)算表明，在 保持電壓穩(wěn)定、減少線路能量損耗和改善電網(wǎng)系統(tǒng)頻率特性方面，分布式發(fā)電與傳 統(tǒng)的調(diào)節(jié)變壓器的分接頭的方式相比，前者在技術(shù)上更有效、更實(shí)用。 1 2 分布式電源的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 分布式電源受到世界各國(guó)的高度重視，認(rèn)為它將成為人類能源可持續(xù)發(fā)展的一 個(gè)新階段，成為目前解決資源短缺和環(huán)境污染的最佳技術(shù)選擇。在不同的研究領(lǐng)域， 分布式電源有不同的分類方式。根據(jù)所使用一次能源的不同，分布式電源技術(shù)可分 為基于化石能源的分布式電源技術(shù)、基于可再生能源的分布式電源技術(shù)以及混合的 分布式電源技術(shù)?；诨茉吹姆植际诫娫醇夹g(shù)主要由以下三種技術(shù)構(gòu)成：往復(fù) 式發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、微型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)、燃料電池技術(shù)?；诳稍偕茉吹姆植际诫娫?技術(shù)主要由以下幾種技術(shù)構(gòu)成：太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)?；旌系姆植?式發(fā)電技術(shù)通常是指兩種或多種分布式發(fā)電技術(shù)及蓄能裝置組合起來(lái)，形成復(fù)合式 發(fā)電系統(tǒng)。 在美國(guó)，正在研究開(kāi)發(fā)方便用戶就近利用分布式電源的多種新型技術(shù)，例如： ( 1 ) 分布式電源的成批控制技術(shù)( 群控技術(shù)) ，在負(fù)荷高峰時(shí)向電網(wǎng)供電的調(diào)峰技 術(shù)； ( 2 ) 根據(jù)用戶的要求按需供電的多品質(zhì)供電系統(tǒng)； ( 3 ) 區(qū)域電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。將分布式電源、貯電裝置和電力設(shè)備組合起來(lái)，根據(jù)區(qū) 域用的要求提供更加靈活有效的供電服務(wù)。 在歐洲，正在研究普及分布式電源的政策。在技術(shù)開(kāi)發(fā)方面，尤其重視電力系 統(tǒng)與分布式電源的聯(lián)接問(wèn)題，為此在2 0 0 1 年1 2 月制定了一個(gè)旨在促進(jìn)包括分布式 電源的“能源網(wǎng)絡(luò)通道“ 的名為“I n t e g r a t i o n 的計(jì)劃。這是一個(gè)通過(guò)統(tǒng)一協(xié)調(diào)歐洲 包括歐盟各成員國(guó)的分布式電源，確保電力供給的安全性和可靠性的研究開(kāi)發(fā)計(jì) 劃。 在日本，分布式發(fā)電在促進(jìn)用電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)方面已經(jīng)起到很大的作用，主要表現(xiàn) 2 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 在：增強(qiáng)市場(chǎng)自由化，允許更多的用戶參與選擇、產(chǎn)出及輸出能源；促進(jìn)備用容量、 輸配電及輔助服務(wù)合理定價(jià)的形成。 分布式電源技術(shù)在我國(guó)目前還處于起步階段，小水電和風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)得到了廣 泛的應(yīng)用，但還有很大的潛力，如風(fēng)力發(fā)電。中國(guó)風(fēng)能資源豐富，可開(kāi)發(fā)的裝機(jī)容 量約2 5 3 億k W 。截止到2 0 0 3 年底，全國(guó)風(fēng)能資源豐富的1 4 個(gè)省( 自治區(qū)) 已建 成風(fēng)電場(chǎng)4 0 座，累計(jì)運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1 0 4 2 臺(tái)，總?cè)萘窟_(dá)5 6 7 0 2 M W 。其它幾種 分布式發(fā)電方式也在進(jìn)行著積極的研究和商業(yè)示范運(yùn)行。 從整體來(lái)看，我國(guó)分布式電源的水平較低。無(wú)論是市場(chǎng)占有率，還是在能源結(jié) 構(gòu)中的比重乃至發(fā)電設(shè)備制造水平，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，甚至不 如風(fēng)能開(kāi)發(fā)晚于我國(guó)的印度。光伏發(fā)電在地廣人稀的西藏地區(qū)使用，大城市僅僅是 做了一些試點(diǎn)。其他的一些發(fā)電形式更是只有形象工程的意義了，所以我國(guó)分布式 電源發(fā)展的任務(wù)很重1 1 1 J 。 1 3 分布式電源對(duì)電力系統(tǒng)的主要影響 無(wú)論是農(nóng)村或郊區(qū)的放射狀配電系統(tǒng)還是城市的網(wǎng)狀配電系統(tǒng)，都是以配電系 統(tǒng)和用戶端沒(méi)有接入任何電源為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、運(yùn)行的。當(dāng)配電系統(tǒng)中接入大量的分布 式電源之后，將很大程度上影響網(wǎng)絡(luò)潮流的大小、方向，以及電氣元件和用戶端的 電壓。這些影響帶來(lái)正面效果或負(fù)面效果主要取決于電力系統(tǒng)的運(yùn)行特性以及分布 式電源本身的特點(diǎn)【1 2 l 。此外，分布電源的增加不可避免地使配電系統(tǒng)更加復(fù)雜化。 因此必須深入研究分布式電源與電網(wǎng)在各種情況下的相互作用。 1 3 1 分布式電源對(duì)網(wǎng)絡(luò)損耗和線路潮流的影響 在配電網(wǎng)中的負(fù)荷近旁接入分布式電源系統(tǒng)后，整個(gè)配電網(wǎng)的負(fù)荷分布將發(fā)生 變化，文獻(xiàn) 1 3 1 提到主要有3 種情況：所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的負(fù)荷量均大于該節(jié)點(diǎn)處 D G 的輸出量；至少有一個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的負(fù)荷量小于該節(jié)點(diǎn)處D G 的輸出量，但 系統(tǒng)的總負(fù)荷量大于所有的輸出總量；至少有一個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的負(fù)荷量小于該節(jié) 點(diǎn)處D G 的輸出量，且系統(tǒng)的總負(fù)荷量小于所有D G 的輸出總量。對(duì)于情況，D G 的引入使配電網(wǎng)中所有線路的損耗減??；對(duì)于情況，D G 的引入可能導(dǎo)致配電網(wǎng) 中某些線路的損耗增加，使配電網(wǎng)總體損耗將減??；對(duì)于情況如果所有D G 的發(fā) 電總量小于2 倍的負(fù)荷總量，那么D G 的影響與情況相同，否則將使配電網(wǎng)的線 路損耗增加。由此可見(jiàn)，分布式電源的引入可能增大也可能減小系統(tǒng)損耗，這取決 于分布式電源的位置、與負(fù)荷的相對(duì)大小以及網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等因素。 分布式電源的出現(xiàn)改變了配電系統(tǒng)單向潮流結(jié)構(gòu)，使潮流大小和方向無(wú)法預(yù) 測(cè)。根據(jù)分布式電源安裝位置不同，饋線段的潮流可能增加也可能減少。當(dāng)饋線上 D G 輸出功率大于負(fù)荷需求時(shí)，會(huì)造成饋線的某些段或者全部潮流完全反向。潮流 3 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 的改變導(dǎo)致原有電壓調(diào)整設(shè)備如有載調(diào)壓變壓器失去了正常的調(diào)節(jié)作用。 1 3 2 分布式電源對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行可靠安全性的影響 分布式電源接入系統(tǒng)可能會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和安全性。對(duì)于典型放射狀 配電系統(tǒng)，D G 出現(xiàn)改變了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，改變了短路電流大小和持續(xù)時(shí)間，導(dǎo)致按原 有網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的保護(hù)裝置誤動(dòng)作，破壞保護(hù)設(shè)備間的協(xié)調(diào)運(yùn)行，妨礙了自動(dòng)重合閘動(dòng) 作。特別是當(dāng)短路電流大于原有系統(tǒng)斷路器中斷容量時(shí)將導(dǎo)致設(shè)備損壞。 當(dāng)D G 并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)該提供有效的接地，以防止單相接地短路時(shí)非故障相出 現(xiàn)過(guò)電壓；當(dāng)包含D G 電網(wǎng)與主網(wǎng)分離后，D G 仍然向所在獨(dú)立電網(wǎng)供電，這就是 孤島的形成。無(wú)意形成的孤島會(huì)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性、維修人員造成危害，還可能引起諧 振過(guò)電壓，損壞用戶設(shè)備。 此外，一些研究表明，當(dāng)系統(tǒng)受到干擾時(shí)，大量D G 滲透系統(tǒng)和某些類型D G 技術(shù)以及電力電子設(shè)備將增大轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速偏差，導(dǎo)致振蕩持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，影響系統(tǒng)暫 態(tài)穩(wěn)定，威脅系統(tǒng)安全運(yùn)行【1 4 1 。 隨著D G 的大量接入，其發(fā)電量將成為電力系統(tǒng)供電總量中的重要組成部分。 因此D G 的可靠運(yùn)行將對(duì)電力系統(tǒng)供電可靠性具有重要意義。目前，在許多D G 大 量并網(wǎng)運(yùn)行的國(guó)家面臨這樣的一個(gè)可靠性問(wèn)題：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生一定的擾動(dòng)時(shí)，由于反 孤島保護(hù)( D G 的一種保護(hù)類型) 設(shè)置得靈敏度高，誤動(dòng)作時(shí)造成大量D G 被切除，此 后系統(tǒng)由于功率缺額較多將不能正常運(yùn)行。此外，停電以后的恢復(fù)過(guò)程，在連續(xù)有 較多D G 的區(qū)段也需格外小心。 1 3 3 分布式電源對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)劃的影響 分布式電源給配電網(wǎng)規(guī)劃所帶來(lái)的影響主要概括為以下幾個(gè)方面【1 5 - 1 7 l ： ( 1 ) D G 的出現(xiàn)會(huì)使電力系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)、規(guī)劃和運(yùn)行與過(guò)去相比有更大的不確 定性。大量的用戶安裝D G 為其提供電能，使得配電網(wǎng)規(guī)劃人員更加難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè) 負(fù)荷的增長(zhǎng)情況，從而影響規(guī)劃。 ( 2 ) 規(guī)劃問(wèn)題的動(dòng)態(tài)屬性同其維數(shù)密切相聯(lián)，若在出現(xiàn)許多發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)，使得 在所有可能的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中尋找到最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)布置方案就更加困難。 ( 3 ) 安裝D G 的用戶或獨(dú)立發(fā)電公司，它們與想維持系統(tǒng)現(xiàn)有的安全和質(zhì)量水 平不變的配電網(wǎng)公司之間的沖突。為了維護(hù)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，必須使D G 能夠接受調(diào)度，要實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，通過(guò)電力電子設(shè)備對(duì)其進(jìn)行需要的控制和調(diào)節(jié)，將 D G 單元集成到現(xiàn)有的配電系統(tǒng)中，這不但需要改進(jìn)現(xiàn)有的配電自動(dòng)化系統(tǒng)還要由 被動(dòng)到主動(dòng)( 電壓調(diào)整、保護(hù)政策、干擾和接口問(wèn)題) 地管理電網(wǎng)。D G 機(jī)組類型 及所采用能源的多樣化，使得如何在配電網(wǎng)中確定合理的電源結(jié)構(gòu)、如何協(xié)調(diào)和有 效地利用各類型的電源成為迫切需要解決的問(wèn)題。 4 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 3 4 分布式電源對(duì)電能質(zhì)量和繼電保護(hù)的影響 電力系統(tǒng)的電壓是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。在D G 的接入和退出系統(tǒng)的 過(guò)程中，可能由于不同步或者能量缺額等原因造成較大的系統(tǒng)電壓波動(dòng)。由于是由 用戶來(lái)控制的，因此將根據(jù)其自身的需要起動(dòng)和停運(yùn)，這可能使配電網(wǎng)的電壓常常 發(fā)生波動(dòng)。所以，應(yīng)對(duì)D G 的接入退出進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，同步發(fā)電機(jī)應(yīng)控制在正確 同步條件下接入，感應(yīng)電機(jī)可以通過(guò)柔性啟動(dòng)裝置減小接入時(shí)的沖擊電流，這樣可 以將電壓波動(dòng)減小到較低的程度。 未來(lái)的D G 可能大量采用電力電子型電源，電壓的調(diào)節(jié)和控制方式與常規(guī)方式 會(huì)有很大不同，需要相應(yīng)的控制策略和手段與其配合。電力電子型的分布式電源易 產(chǎn)生諧波，造成諧波污染，造成明顯的電壓畸變。 D G 接入配電網(wǎng)后，輻射式的網(wǎng)絡(luò)將變成一個(gè)遍布電源和用戶互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，潮流 也不再單向地從變電站母線流向各負(fù)荷。配電網(wǎng)的根本性變化使得網(wǎng)絡(luò)各種保護(hù)定 值與機(jī)理發(fā)生了深刻變化。 文獻(xiàn)【1 8 提出，故障發(fā)生時(shí)為確保保護(hù)裝置正確動(dòng)作，應(yīng)切斷電網(wǎng)中的分布式 電源。從而引發(fā)以下問(wèn)題：過(guò)電流故障的切除與D G 的切斷在時(shí)限上的配合； 自動(dòng)重合閘開(kāi)斷時(shí)間間隔內(nèi)，確保D G 快速切斷；在架空線和地下電纜的混合線 路中切斷D G ，變壓器空載運(yùn)行，電纜對(duì)地電容與變壓器側(cè)的線圈發(fā)生鐵磁諧振， 產(chǎn)生不規(guī)則的高電壓大電流嚴(yán)重威脅線路的電力器件。 文獻(xiàn)0 9 設(shè)計(jì)了一種基于頻率變化率的數(shù)字式分布式電源繼電保護(hù)裝置，通過(guò) 改善靈敏度和時(shí)間響應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)分布式電源與主電網(wǎng)的失步保護(hù)。 1 4 論文的主要工作 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的提高，對(duì)能源需求的不斷增加，分布式電源與 大型電力系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)引起了人們的廣泛關(guān)注。結(jié)合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外分布式電源接入配 電網(wǎng)后對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行和控制影響的研究成果和文獻(xiàn)，在分析分布式電源技術(shù)的基礎(chǔ) 上，針對(duì)含有分布式電源的配電網(wǎng)電壓分布進(jìn)行定量的研究，系統(tǒng)的分析分布式電 源對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響，提出分布式電源的最優(yōu)配置方法，最后通過(guò)建模仿真，研 究分布式電源引入之后的配電網(wǎng)電壓調(diào)整。本論文的主要工作如下： ( 1 ) 分析總結(jié)國(guó)內(nèi)外有關(guān)分布式電源的研究現(xiàn)狀，準(zhǔn)確理解分布式電源的概念。 對(duì)分布式電源進(jìn)行簡(jiǎn)單的分類，著重分析目前4 種具有發(fā)展?jié)摿Φ姆植际诫娫醇夹g(shù)， 闡述分布式電源技術(shù)的積極作用。 ( 2 ) 建立典型的配電網(wǎng)模型，包括電壓等級(jí)、接線方式、負(fù)荷模型、運(yùn)行方式； 建立直接聯(lián)網(wǎng)的分布式電源接入配電網(wǎng)后的模型。 ( 3 ) 依據(jù)上述所建模型，研究分布式電源引入配電網(wǎng)后的電壓變化，提出一種 5 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于疊加原理的電壓分布算法，通過(guò)仿真驗(yàn)證該算法的正確性。 ( 4 ) 基于疊加原理的電壓分布的算法公式，確定分布式電源引入配電網(wǎng)后的各 項(xiàng)參數(shù)，包括D G 的容量、安裝位置以及功率因數(shù)，然后研究其對(duì)配電網(wǎng)電壓的影 響，并總結(jié)規(guī)律進(jìn)行分析。 ( 5 ) 針對(duì)輻射形配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提出基于綜合比較的分布式電源的最優(yōu)接入點(diǎn)算 法，利用M A T L A B 仿真軟件，對(duì)分布式電源接入位置和接入容量發(fā)生變化時(shí)的配 電網(wǎng)潮流分布、網(wǎng)絡(luò)損耗和系統(tǒng)電壓水平進(jìn)行分析，并通過(guò)實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。 ( 6 ) 全面討論電力系統(tǒng)的各種調(diào)壓方法，針對(duì)接入分布式電源配電網(wǎng)的電壓曲 線特點(diǎn)，提出將靜止無(wú)功發(fā)生器A S V G 引入進(jìn)行調(diào)壓，建立A S V G 模型，并利用仿 真來(lái)證明其對(duì)帶有分布式電源的配電網(wǎng)調(diào)壓具有較好的效果。 6 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 1 引言 第二章分布式電源概述 目前，世界電力系統(tǒng)處于傳統(tǒng)大型互聯(lián)電力系統(tǒng)向分布式電源供電與電網(wǎng)結(jié)合 供電的過(guò)渡階段。分布式電源并不是新概念，人類最早利用能源的方式就是“分布 式一小型、接近負(fù)荷側(cè)的能源供給方式。我國(guó)早期的小火電、小熱電，也屬于分 布式電源，由于技術(shù)性能不好和環(huán)境污染問(wèn)題而被淘汰。近年來(lái)，隨著競(jìng)爭(zhēng)性的零 售電力市場(chǎng)的出現(xiàn)和新型分布式電源技術(shù)研究的突破性進(jìn)展，又引起了對(duì)分布式電 源新輪的更廣泛關(guān)注，分布式電源與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)使得其在電力行 業(yè)得以迅速滲透。 分布式電源在不同研究領(lǐng)域有不同的分類方式。一般可以根據(jù)D G 的技術(shù)類型、 所使用的一次能源及和與電力系統(tǒng)的接口技術(shù)進(jìn)行分類。本章按照技術(shù)類型進(jìn)行分 類，對(duì)當(dāng)今比較受關(guān)注的風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏電池、燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)四 種分布式電源技術(shù)做了詳細(xì)的介紹，并且對(duì)分布式電源技術(shù)的積極作用進(jìn)行了簡(jiǎn)單 的闡述。 2 2 分布式電源技術(shù) 2 2 1 分布式電源的概念 分布式電源一般是指為滿足某些終端用戶的需求，支持已有的配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 而設(shè)計(jì)和安裝在用戶側(cè)附近的小型發(fā)電機(jī)組。分布式電源的規(guī)模一般不大，大約在 幾十千瓦到幾十兆瓦。目前主要的分布式電源有風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃料電池、 微型汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電、往復(fù)式發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能裝置等。由于靠近用戶提高了供 電服務(wù)的可靠性和電能質(zhì)量，同時(shí)又具有環(huán)境友好型，資源節(jié)約等特點(diǎn)，在技術(shù)發(fā) 展，公共環(huán)境政策和電力市場(chǎng)擴(kuò)大等因素的共同作用下，分布式電源將成為新世紀(jì) 重要的能源選擇。它以分散的方式布置在用戶附近，功率一般在數(shù)千瓦至5 0 M W 之 間，與公共電網(wǎng)相對(duì)獨(dú)立，以天然氣、沼氣、生物質(zhì)氣和輕油等作為燃料，實(shí)現(xiàn)熱、 電、冷三聯(lián)供。與傳統(tǒng)遠(yuǎn)離負(fù)荷中心依靠遠(yuǎn)距離輸配的電源相比，分布式電源被直 接安裝在負(fù)荷所在的配電網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)需通過(guò)電網(wǎng)輸送，而且利用管網(wǎng)和電纜系統(tǒng)向 特定區(qū)域內(nèi)同時(shí)直供電力、蒸汽、熱水和冷氣。 分布式電源與傳統(tǒng)集中式發(fā)電的主要區(qū)別是其規(guī)模較小且靠近用戶，一般可以 直接向附近的負(fù)荷供電或根據(jù)需要向電網(wǎng)輸出的電能。D G 指的是為了滿足一些特 殊化用戶的需求、支持已有配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行而設(shè)計(jì)和安裝在用戶處或其附近的小 7 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 型發(fā)電機(jī)組，或坐落在用戶附近使得負(fù)荷的供電可靠性及電能質(zhì)量都得到增強(qiáng)，或 者由于就地應(yīng)用熱電聯(lián)產(chǎn)使得效率得到提高的發(fā)電形式。 2 2 2 分布式電源的分類 在不同的研究領(lǐng)域，D G 有不同的分類方式。一般可以根據(jù)D G 的技術(shù)類型、 所使用的一次能源及其和電力系統(tǒng)的接口技術(shù)進(jìn)行分類。D G 的技術(shù)類型見(jiàn)表2 1 所列。其中“，表示存在該種規(guī)模的分布式電源。 表中所使用的一次能源有化石燃料、可再生能源及電能的儲(chǔ)存。若分布式電源 與電力系統(tǒng)相連時(shí)，并網(wǎng)技術(shù)類型有直接與系統(tǒng)相聯(lián)機(jī)電式和通過(guò)逆變器與系統(tǒng)相 聯(lián)兩大類。若分布式電源是旋轉(zhuǎn)式電機(jī)直接發(fā)出基頻交流電則屬于第一類，而逆變 器型通常指的是發(fā)出直流電的分布式電源和發(fā)出高頻交流電的分布式電源。但在實(shí) 際應(yīng)用中，大部分文獻(xiàn)習(xí)慣于按照其大小分為：小型( 小于1 0 0 k W ) 、中型 ( 1 0 0 k W - 1 M W ) 和大型( 大于1 M W ) 三類。 表2 - 1 分布式電源分類 下面對(duì)目前比較受關(guān)注的四種分布式電源技術(shù)做簡(jiǎn)單介紹。 2 2 2 1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù) 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)，可分為獨(dú)立運(yùn)行與并網(wǎng)運(yùn)行兩 8 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 類，前者為微型或小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，容量一般為1 0 0 W 1 0 k W ，后者的容量通常 超過(guò)1 5 0 k W 。風(fēng)力發(fā)電是目前新能源開(kāi)發(fā)技術(shù)中最成熟、最具規(guī)?；虡I(yè)開(kāi)發(fā)前景 的發(fā)電方式。 ( 1 ) 風(fēng)輪機(jī) 風(fēng)力發(fā)電的原理是：天然風(fēng)吹轉(zhuǎn)葉片，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電 機(jī)的風(fēng)輪機(jī)多采用水平軸、三葉片結(jié)構(gòu)。葉片的直徑隨單機(jī)容量的增大而加長(zhǎng)，目 前世界上最大的旋轉(zhuǎn)葉片的直徑達(dá)6 6 m ，塔架高度達(dá)8 0 m 。功率調(diào)節(jié)是風(fēng)輪機(jī)的關(guān) 鍵技術(shù)之一，目前投入運(yùn)行的機(jī)組主要有兩類功率調(diào)節(jié)方式：一類是定漿距失速控 制；另一類是變漿距控制。大部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)都有對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向機(jī)構(gòu)，自動(dòng)使風(fēng)輪機(jī)處 于迎風(fēng)狀態(tài)。隨著技術(shù)的發(fā)展，已出現(xiàn)了濃縮風(fēng)能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)迎風(fēng)及限速自動(dòng)控 制系統(tǒng)等新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。 ( 2 ) 發(fā)電機(jī) 按照風(fēng)輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速是否恒定，風(fēng)力發(fā)電可分為定轉(zhuǎn)速運(yùn)行與可變速運(yùn)行兩種 方式；按照發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)區(qū)分，有異步發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)、永磁式發(fā)電機(jī)、無(wú)刷 雙饋發(fā)電機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)等機(jī)型。早期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)大多采用附帶增速裝置的 異步發(fā)電機(jī)。異步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，發(fā)出的工頻交流電可直接使用或經(jīng)變壓器輸入 電網(wǎng)。多數(shù)情況下，異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)定速旋轉(zhuǎn)；繞線式異步電機(jī)可通過(guò)在轉(zhuǎn)子接入 可變電阻實(shí)現(xiàn)低頻勵(lì)磁來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩大小，也可以變速運(yùn)行。因?yàn)橐獜碾娋W(wǎng)獲得勵(lì)磁 電流，所以異步風(fēng)力發(fā)電一般不能脫離電網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行，除非用某種方式獲得勵(lì)磁。 同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)不需要增速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。隨著電力電子變流技術(shù) 的進(jìn)步，先進(jìn)的同步風(fēng)力發(fā)電常采用交一直一交的接入方式，即先把發(fā)出的交流變 成直流，然后再逆變成工頻交流接入用戶或電網(wǎng)。這種發(fā)電方式的優(yōu)點(diǎn)是：發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)速不必與電網(wǎng)頻率要求的轉(zhuǎn)速同步。由于其輸入功率存在固有的不平衡性，風(fēng)力 發(fā)電在一定程度上可起到蓄能作用，一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的交流電經(jīng)過(guò)整流后向蓄 電池組充電，然后通過(guò)逆變器連入電網(wǎng)。其數(shù)學(xué)模型可由兩個(gè)相連的動(dòng)態(tài)分量來(lái)表 示： 一氣掣+ 警坼+ 壺毛一擊昂 61 一o J o + n ，T 嘶；生M r 一瓦k 一憊嘶+ 袁瓦嘶2 一一瓦一茁嘶+ 瓦L ( 2 - 1 ) ( 2 - 2 ) ( 2 - 3 ) 式中角速度；圩一轉(zhuǎn)矩；卜- 時(shí)間常數(shù)；下標(biāo)G 、卜發(fā)電機(jī)、汽 輪機(jī)；k ，伊一軸的硬度系數(shù)、阻尼系數(shù)。 ( 3 ) 運(yùn)行方式 風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行方式可分為獨(dú)立運(yùn)行、并網(wǎng)運(yùn)行與其它發(fā)電方式互補(bǔ)運(yùn)行等。 9 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 獨(dú)立運(yùn)行是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電能經(jīng)蓄電池儲(chǔ)能，再供應(yīng)用戶使用。這種方式可 供電網(wǎng)達(dá)不到的邊遠(yuǎn)農(nóng)村、牧區(qū)、海島等地區(qū)使用，一般單機(jī)容量數(shù)百到數(shù)千瓦。 并網(wǎng)運(yùn)行是在風(fēng)力資源豐富地區(qū)，按一定排列方式安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，成為風(fēng) 力發(fā)電場(chǎng)，發(fā)出的電能全部經(jīng)變壓器送至電網(wǎng)，這是目前風(fēng)力發(fā)電的主要方式。風(fēng) 力同其它發(fā)電方式互補(bǔ)運(yùn)行，如風(fēng)力一柴油機(jī)組互補(bǔ)發(fā)電方式，風(fēng)力太陽(yáng)能光伏發(fā) 電方式，風(fēng)力一燃料電池發(fā)電方式等，這種方式不僅可彌補(bǔ)風(fēng)速變化所帶來(lái)的發(fā)電 量突然變化的影響，保證一年四季均衡供電，而且可延長(zhǎng)蓄電池壽命，同時(shí)還可以 使離網(wǎng)型小型用戶發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電成本降低，自然資源得到充分利用。 2 2 2 2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù) 眾所周知，太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭。據(jù)測(cè)算，1 年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽(yáng) 能總量是目前世界已探明儲(chǔ)量能源的1 萬(wàn)多倍。我國(guó)年均日照長(zhǎng)，輻射總量大，屬 于太陽(yáng)能資源較為豐富的國(guó)家之一，全國(guó)國(guó)土面積三分之二以上的地區(qū)每年日照時(shí) 數(shù)大于2 0 0 0 h ，僅陸地面積每年接受的太陽(yáng)輻射能就約等于幾萬(wàn)個(gè)三峽工程發(fā)電量 的總和。因此開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能是大有前途的。 太陽(yáng)能光伏電池( P h o t o v o l t a i cC e l l P V ) 發(fā)電技術(shù)是利用半導(dǎo)體材料的光電效 應(yīng)直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。白天發(fā)電的盈余倒送電網(wǎng)，晚間用戶從電網(wǎng)取電。采 用光伏電池發(fā)電具有不消耗燃料、不受地域限制、規(guī)模靈活、無(wú)污染、安全可靠、 維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但是光伏電池的轉(zhuǎn)換效率低。目前應(yīng)用的太陽(yáng)電池是一種半導(dǎo)體 器件( 如單晶硅、多晶硅) ，受到太陽(yáng)光照時(shí)能產(chǎn)生光伏效應(yīng)，將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)變成 直流電能。在使用時(shí)將太陽(yáng)電池封裝成組件，然后根據(jù)需要將組件串并聯(lián)組成方陣。 光伏電池的輸出功率受日照強(qiáng)度、電池結(jié)溫等因素的影響，不能調(diào)度，而且系統(tǒng)的 頻率和電壓對(duì)其基本上沒(méi)有影響。 = F ( ，u )( 2 - 4 ) 式中P g 一光伏電池輸出功率；卜系統(tǒng)頻率；【，L 一系統(tǒng)電壓。 ( 1 ) 太陽(yáng)能光伏發(fā)電類型 國(guó)際上利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電主要有以下3 種類型【2 0 】： 1 ) 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。指僅僅依靠太陽(yáng)能電池供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)，從電力系 統(tǒng)來(lái)說(shuō)，k W 級(jí)以上的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)也稱為離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)。這也是我國(guó) 目前主要的光伏發(fā)電應(yīng)用市場(chǎng)，且每年以2 0 的速度增長(zhǎng)。主要市場(chǎng)包括農(nóng)村獨(dú)立 光伏電站、家用光伏電源、光伏水泵，工業(yè)領(lǐng)域的光纜通訊、微波通訊、衛(wèi)星電視 接收站、邊防哨所電源、公路信號(hào)電源、航標(biāo)及燈塔電源，以及太陽(yáng)能庭院燈、太 陽(yáng)能路燈、太陽(yáng)能汽車、太陽(yáng)能半導(dǎo)體冷藏箱、太陽(yáng)帽、太陽(yáng)能充電器、太陽(yáng)能計(jì) 算器等等。 2 ) 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的主流發(fā)展趨勢(shì)是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。該 1 0 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 系統(tǒng)在國(guó)外已步入大規(guī)模發(fā)電階段，是當(dāng)今國(guó)際上光伏發(fā)電的發(fā)展潮流，但在我國(guó) 目前仍處于醞釀試驗(yàn)階段。太陽(yáng)能電池所發(fā)的電是直流，必須通過(guò)逆變器變換成交 流，再同電網(wǎng)的交流電合起來(lái)使用，這種形態(tài)的光伏系統(tǒng)就是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。由于 該系統(tǒng)所發(fā)電力直接進(jìn)入電網(wǎng)，省掉了儲(chǔ)能的蓄電池組，因而可使其成本下降1 8 左右。 3 _ ) 屋頂發(fā)電【2 1 2 3 1 。光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑物相結(jié)合，構(gòu)成了屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)。 對(duì)于家庭、小的商業(yè)樓可用P V 一蓄能電池( 飛輪儲(chǔ)能) 一永磁電機(jī)組成系統(tǒng) ( 1 k W 一1 5 k w ) ；大商業(yè)樓和小工業(yè)用戶可用P V D C - - A C 逆變器驅(qū)動(dòng)三相感應(yīng)電 機(jī)系統(tǒng)( 1 5 k W 5 0 k W ) 。所發(fā)電力既可供建筑物使用，也可并入電網(wǎng)。在美國(guó)、日 本和澳大利亞的一些地區(qū)，已經(jīng)有由屋頂式光伏電池發(fā)電設(shè)備聯(lián)成的P V 系統(tǒng)與當(dāng) 地電網(wǎng)相聯(lián)，白天發(fā)電的盈余倒送電網(wǎng)，晚間用戶從電網(wǎng)取電，在供電企業(yè)和用戶 間形成了一種新型的關(guān)系。這種屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)可達(dá)到降低建筑造 價(jià)及光伏發(fā)電系統(tǒng)造價(jià)的目的。 ( 2 ) 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是光伏發(fā)電系統(tǒng)的主流趨勢(shì)。光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為住宅用并 網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和集中式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)兩大類。前者特點(diǎn)是光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)的 電直接分配給用戶負(fù)載，多余或不足的電力通過(guò)連接網(wǎng)來(lái)調(diào)節(jié)；后者特點(diǎn)是光伏發(fā) 電系統(tǒng)發(fā)的電被直接輸送到電網(wǎng)上，由電網(wǎng)把電力統(tǒng)一分配給各用戶。目前住宅用 光伏系統(tǒng)在國(guó)外己得到大力推廣，而集中式并網(wǎng)光伏系統(tǒng)應(yīng)用尚在發(fā)展。兩者在系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)上差別不大。 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池方陣和并網(wǎng)逆變器組成。并網(wǎng)逆變器是并網(wǎng)光 伏系統(tǒng)的中心。逆變器把太陽(yáng)能電池方陣輸出的直流電轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)電力相同電壓 和頻率的交流電，同時(shí)還起到調(diào)節(jié)電力的作用。逆變器有以下幾個(gè)作用：在輸出 電壓和電流隨太陽(yáng)能電池溫度以及太陽(yáng)輻照度而變化時(shí)，總是輸出太陽(yáng)能電池的最 大功率；輸出已抑制諧波的電流，以免把不良運(yùn)行波及到電網(wǎng)；倒流輸出剩余 電力時(shí)，自動(dòng)調(diào)整電壓，把用戶的電壓維持在規(guī)定范圍。當(dāng)并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)連接 時(shí)，它始終在功率因數(shù)等于1 的條件下運(yùn)行，電流和電壓幾乎同相，僅提供有功功 率。 2 2 2 3 燃料電池 燃料電池是一種能將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。它不需要通?；鹆Πl(fā)電裝 置中通過(guò)鍋爐、渦輪、發(fā)電機(jī)進(jìn)行的能量形態(tài)的變化，也就避免了這些能量形態(tài)變 化過(guò)程中的損失，能夠達(dá)到很高的發(fā)電效率，此外，它還具有以下優(yōu)點(diǎn)【2 4 】： ( 1 ) 發(fā)電效率高且穩(wěn)定：燃料電池本體的發(fā)電效率可達(dá)到5 0 一6 0 ，組成的聯(lián) 合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在1 0 5 0 M W 規(guī)模即可達(dá)到以7 0 上，若進(jìn)一步將化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 熱能加以利用，燃料電池的總效率可達(dá)到8 0 以上。燃料電池的發(fā)電效率受負(fù)荷和 容量的影響較小，不論裝置的規(guī)模大小，在滿負(fù)荷或低負(fù)荷下運(yùn)行，均能保持高發(fā) 電效率。 ( 2 ) 環(huán)境相容性好：用天然氣和煤氣等為燃料時(shí)，C 0 2 為排出量比常規(guī)火電減 少4 0 - 6 0 ，S O x ( 1 2 9 3 m g c m 3 ) 和N O x ( 2 5 8 6 m g c m 3 ) 的排放量比火電減少 9 0 以上。同時(shí)，能量轉(zhuǎn)換的主要裝置無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，因此噪音極小，在距發(fā)電設(shè)備 1 0 4 4 m 處噪音小于6 0 d B 。 ( 3 ) 設(shè)備可靠性高：對(duì)負(fù)荷的適應(yīng)能力強(qiáng)，自動(dòng)化程度高。燃料電池對(duì)過(guò)載或 欠載都能承受而效率基本不變，負(fù)荷變化的范圍為2 0 一1 2 0 ；負(fù)荷響應(yīng)速度很快， 變負(fù)荷率可達(dá)( 8 一1 0 ) r a i n ，用于電網(wǎng)調(diào)峰優(yōu)于其他發(fā)電方式；發(fā)電出力由電 池堆的出力和組數(shù)決定，機(jī)組容量的自由度大。 ( 4 ) 電流諧波和電壓諧波均滿足I E E E 5 1 9 標(biāo)準(zhǔn)，電能質(zhì)量高：燃料電池發(fā)電裝 置可直接建在終端用戶附近，省去龐大的輸配電網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備費(fèi)用，供電可靠性高， 且減少損耗自動(dòng)程度高，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作。 ( 5 ) 燃料種類廣泛：可用于燃料電池發(fā)電的燃料種類眾多，有氫氣、甲醇、煤 氣、沼氣、天然氣、輕油、柴油、含氫廢氣等。 ( 6 ) 建設(shè)工期短，使用方便：由于采用組件化設(shè)計(jì)、模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)容和增容 容易，建廠時(shí)間短( 平均僅需2 個(gè)月左右) ；無(wú)需大量的冷卻水，占地面積 l m 2 l 【W(wǎng) ； 無(wú)污染、無(wú)噪音，選址幾乎沒(méi)有限制。 總之，燃料電池是一種高效、潔凈、方便的發(fā)電裝置，既適合于作分布式電源， 又可在將來(lái)組成大容量中心發(fā)電站，對(duì)電力工業(yè)具有極大的吸引力。 2 2 2 4 微型燃?xì)廨啓C(jī) 微型燃?xì)廨啓C(jī)是指功率為數(shù)百千瓦以下的以天然氣、甲烷、汽油、柴油為燃料 的超小型燃?xì)廨啓C(jī)【2 5 1 。滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)效率可達(dá)到3 0 ，實(shí)行熱電聯(lián)產(chǎn)，效率可提高 到7 5 。微型燃?xì)廨啓C(jī)的特點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕、發(fā)電效率高、污染小、運(yùn)行維護(hù) 簡(jiǎn)單。它是目前最成熟、最具有商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的分布式電源之一。 這種分布式發(fā)電機(jī)組的特性和集中式發(fā)電機(jī)組相似，可以統(tǒng)一調(diào)度，但是在熱 電聯(lián)產(chǎn)的情況下，微型燃?xì)廨啓C(jī)的各種輸出必須滿足熱量的需要( 如式2 5 ) ，并且 它的功率變化有一定的時(shí)間，即功率變化速度有一定的限制( 如式2 - 6 ) 。 置，m 缸s 墨s 0 ，叫 ( 2 - 5 ) 最s 巳l 。 ( 2 6 ) 式中哩功率的變化；蠅，I i 咖功率變化的限制。 微型燃?xì)廨啓C(jī)的動(dòng)態(tài)模型和集中式發(fā)電機(jī)組相似，可寫(xiě)成以下形式【2 6 l ： 華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文 己一只； k 。【卜 ( 2 - 7 ) ( 2 - 8 ) 式中P m 原動(dòng)機(jī)功率；P r 發(fā)電機(jī)輸出功率；P m i n ，P m o u 廣一原動(dòng)機(jī)的 輸入、輸出功率；，R 發(fā)電機(jī)組送、受端的角速度；尺發(fā)電機(jī)的阻抗。 微型燃?xì)廨啓C(jī)用于分布式能量系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如表2 2 所示： 表2 2 微型燃?xì)廨啓C(jī)分布式能量系統(tǒng)的特點(diǎn) 2 3 發(fā)展分布式電源技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和必要性 分布式電源技術(shù)與大電網(wǎng)相比有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)今世界的發(fā)展潮流也傾向于 大電網(wǎng)系統(tǒng)和分布式電源技術(shù)相結(jié)合的這種節(jié)省投資、降低能耗、提高系統(tǒng)安全性 和靈活性的方法，發(fā)展分布式電源技術(shù)的積極作用分為如下幾個(gè)方面： ( 1 ) 提高經(jīng)濟(jì)效益 在將燃料電池化成電力的過(guò)程中，產(chǎn)生了大量的熱量( 平均占燃料能量的2 3 ) ， 如果發(fā)電系統(tǒng)坐落在本地或者接近廠礦，工業(yè)車間就可以應(yīng)用這些熱量。通過(guò)利用 C C H P ，這些車間可以增加用能效率，降低溫室氣體的排放和降低電力費(fèi)用。C C H P 最適合中等至高等熱能利用的廠商。因此能源得以合理的梯級(jí)利用，從而可提高能 源的利用效率( 達(dá)7 0 。9 0 ) 。 ( 2 ) 減少土地占用 由于公眾對(duì)輸電線路電磁污染的憂慮，開(kāi)辟新的線路走廊越來(lái)越困難，例如， 北美和西歐許多國(guó)家已決定一般不再新建輸電線路。因此直接安置于用戶近旁的分 布式發(fā)電裝置，可以減少土地占用，節(jié)省輸變電投資，是一種非常具