配電網(wǎng)中風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電壓變化中造成的影響

1、The impact of wind power plants on slow voltage variations in distribution networks配電網(wǎng)中風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電壓變化中造成的影響文章概述 1.研究目的 建立一種考慮風(fēng)電場(chǎng)(WPP)出力和負(fù)載共同作用下的離散電壓概率模型，更準(zhǔn)確的計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)后的配電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電壓波形和慢速電壓偏移2.研究?jī)?nèi)容用二階馬爾科夫鏈蒙特卡羅法(MCMC)模擬風(fēng)速配電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電壓波形分析和電壓偏移分析在已有的配電網(wǎng)上并入風(fēng)電場(chǎng)的模擬分析3.研究思路文章概述 文章概述 4.創(chuàng)新點(diǎn)提出了一種離散化的，考慮發(fā)電和負(fù)載同時(shí)作用的計(jì)算配電網(wǎng)狀態(tài)的方法 使用MCM

2、C法產(chǎn)生風(fēng)速數(shù)據(jù)，與原始數(shù)據(jù)能較好匹配5.文章不足及進(jìn)一步研究方法需要大量的實(shí)測(cè)風(fēng)速與負(fù)載數(shù)據(jù)，可能難以獲得為了減小計(jì)算的復(fù)雜程度，文章做了較多的近似，而且對(duì)于公共耦合點(diǎn)(PCC)電壓只選取了部分的電源-負(fù)荷點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，其余點(diǎn)用雙線(xiàn)性插值法得到，精度不高文章結(jié)構(gòu) 引言MCMC方法模擬風(fēng)速模型長(zhǎng)期風(fēng)速仿真模型風(fēng)電場(chǎng)與負(fù)荷作用下的離散化電壓模型算例分析結(jié)論1.引言風(fēng)電場(chǎng)接入配網(wǎng)后，引起變化的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特征：配網(wǎng)中風(fēng)電場(chǎng)接入的饋線(xiàn)電壓配網(wǎng)中的功率及能量損失傳統(tǒng)的計(jì)算電壓偏移的方法:(1)確定性方法，嚴(yán)格規(guī)定電壓偏移的容許量在6%以?xún)?nèi)(2)對(duì)一些典型的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行潮流計(jì)算，即計(jì)算最大發(fā)電/最小負(fù)荷與

3、最小發(fā)電/最大負(fù)荷這兩個(gè)極限（忽略了負(fù)載變化的影響）方法模擬風(fēng)速模型方法模擬風(fēng)速模型人工的風(fēng)速必須在這兩個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)上盡可能做到精確：概率密度函數(shù)PDF: Weibull分布自相關(guān)函數(shù)ACF：MCMC法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以較好的滿(mǎn)足PDF、ACF方法模擬風(fēng)速模型MCMC法把隨機(jī)過(guò)程(風(fēng)速時(shí)間序列v(t)離散為多個(gè)狀態(tài)，并確定這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移概率。 二階馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣的產(chǎn)生方法： 確定最大風(fēng)速 步長(zhǎng) ，得到m個(gè)風(fēng)速狀態(tài)。 條件概率：方法模擬風(fēng)速模型使用原始數(shù)據(jù)得到馬爾科夫轉(zhuǎn)移概率矩陣P i-j狀態(tài)后到k狀態(tài)的次數(shù)i-j狀態(tài)后到所有的次數(shù)方法模擬風(fēng)速模型為了進(jìn)一步使用蒙特卡洛法產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)據(jù)，計(jì)算累積轉(zhuǎn)

4、移概率矩陣Pcum該矩陣中的元素為：方法模擬風(fēng)速模型獲得了Pcum之后，可以產(chǎn)生人工風(fēng)速數(shù)據(jù)，具體方法如下： 1.在0和 范圍內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生兩個(gè)初始風(fēng)速狀態(tài)(i,j) 2.產(chǎn)生均勻分布在0,1區(qū)間的隨機(jī)數(shù)u 3.用初始狀態(tài)(i,j)狀態(tài)和Pcum得到新?tīng)顟B(tài)k 4.設(shè)i=j, j=k 循環(huán)2-3-4步驟直到得到想要的人工風(fēng)速數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與人工數(shù)據(jù)的基本參數(shù)對(duì)比：方法模擬風(fēng)速模型實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與人工數(shù)據(jù)的PDF與ACF對(duì)比：上述結(jié)果表明，MCMC法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能夠再現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的特征參數(shù)圖13.長(zhǎng)期風(fēng)速仿真模型 該部分內(nèi)容提出了在保持風(fēng)速特性下，計(jì)及年度風(fēng)機(jī)發(fā)電量變化的風(fēng)速數(shù)據(jù)產(chǎn)生方法。風(fēng)機(jī)的年發(fā)電量：一年的實(shí)

5、測(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)：10分鐘平均一次，共52560個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)目標(biāo)風(fēng)機(jī)的風(fēng)速-功率特性：3.長(zhǎng)期風(fēng)速仿真模型 為了模擬出年發(fā)電量變化與風(fēng)速數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，引入因子k，k滿(mǎn)足以下表達(dá)式：相對(duì)風(fēng)機(jī)年發(fā)電變化（以 為基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值）與 之間的關(guān)系為線(xiàn)性關(guān)系： a和b由上述表達(dá)式確定3.長(zhǎng)期風(fēng)速仿真模型考慮長(zhǎng)期風(fēng)速變化性的風(fēng)速產(chǎn)生的方法： 1.使用實(shí)測(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)計(jì)算風(fēng)機(jī)當(dāng)年的年發(fā)電量 2.計(jì)算(基于步驟1的計(jì)算)或者假設(shè)風(fēng)機(jī)年度發(fā)電量變化的PDF函數(shù) 3.確定模擬年相對(duì)年發(fā)電變化量 與因子k之間的關(guān)系 4.使用蒙特卡羅法和步驟2得到的PDF計(jì)算模擬年的 5.對(duì)得到的 ，用函數(shù)關(guān)系 計(jì)算對(duì)應(yīng)的k 6.用前文的MCM

6、C法產(chǎn)生人工風(fēng)速數(shù)據(jù)，并用因子k因使得到的數(shù)據(jù)量增加。4.離散化電壓模型4.離散化電壓模型配網(wǎng)電壓變化分析的依據(jù)：配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的時(shí)序負(fù)荷(有功無(wú)功)曲線(xiàn)(一年中每10分鐘平均一次)WPP的時(shí)序發(fā)電曲線(xiàn)(一年中每10分鐘平均一次，使用實(shí)測(cè)或原始風(fēng)速數(shù)據(jù)得到)時(shí)序負(fù)荷曲線(xiàn)被分割為N個(gè)離散狀態(tài)，時(shí)序發(fā)電曲線(xiàn)被分割為M個(gè)離散狀態(tài)，經(jīng)過(guò)潮流計(jì)算分析，得到M*N的節(jié)點(diǎn)電壓矩陣。4.離散化電壓模型M=11N=9節(jié)點(diǎn)電壓矩陣用潮流計(jì)算方法計(jì)算部分狀態(tài)下的電壓，其他電壓用雙線(xiàn)性插值法(bilinear interpolation)得到。4.離散化電壓模型雙線(xiàn)性插值法：已知：函數(shù)f在Q11 = (x1,y1)、Q1

7、2 = (x1,y2),Q21 = (x2,y1) 以及Q22 = (x2,y2) 四個(gè)點(diǎn)的值待求：未知函數(shù)f在點(diǎn)P= (x,y) 的值4.離散化電壓模型雖然對(duì)于電壓/無(wú)功問(wèn)題，線(xiàn)性化處理并非很準(zhǔn)確，但系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，電壓變化范圍較小(額定值的10%內(nèi))，線(xiàn)性化可以處理。適當(dāng)?shù)慕葡?，?shí)測(cè)值與模擬值相匹配圖2.七天內(nèi)實(shí)測(cè)電壓與模擬電壓的比較5.算例分析配網(wǎng)為30kV架空線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，供給兩所30/10kV變電站，單一風(fēng)電場(chǎng)Orlice接入變電站峰負(fù)荷：Primosten:6+j2MVA風(fēng)電場(chǎng)額定功率：11*900kW (9.9MW)圖3.30kV配電網(wǎng)絡(luò)和WPP Orlice線(xiàn)路圖5.算例分析傳統(tǒng)分

8、析方法(確定性方法)：對(duì)以下的典型狀況進(jìn)行潮流計(jì)算：(a)不含風(fēng)電場(chǎng)Orlice的配電網(wǎng) (a1)最大負(fù)載 (a2)最小負(fù)載(b)含風(fēng)電場(chǎng)Orlice的配電網(wǎng) (b1)最大負(fù)載、最小風(fēng)電場(chǎng)出力 (b2)最小負(fù)載、最大風(fēng)電場(chǎng)出力5.算例分析圖4.確定性方法得到的在有/無(wú)風(fēng)電場(chǎng)下的電壓范圍5.算例分析時(shí)間序列方法： 目的是確認(rèn)風(fēng)電場(chǎng)出力變化對(duì)電壓波形和電壓變化的影響，并且分離出因?yàn)榕渚W(wǎng)負(fù)載變化帶來(lái)影響。情況1：不帶風(fēng)電場(chǎng)的配電網(wǎng)情況2-a:帶風(fēng)電場(chǎng)的配電網(wǎng)，風(fēng)電場(chǎng)出力模型基于實(shí)測(cè)風(fēng)速時(shí)序情況2-b:帶風(fēng)電場(chǎng)的配電網(wǎng)，風(fēng)電場(chǎng)出力模型基于模擬風(fēng)速時(shí)序情況2-c:帶風(fēng)電場(chǎng)的配電網(wǎng)，風(fēng)電場(chǎng)出力模型基于實(shí)測(cè)

9、風(fēng)速時(shí)序，并且考慮長(zhǎng)期風(fēng)速變化性5.算例分析電壓波形分析： 圖5.變電站Rogoznica的年電壓-時(shí)間曲線(xiàn)并入了風(fēng)電場(chǎng)后，電壓-時(shí)間曲線(xiàn)向上移動(dòng)，說(shuō)明配網(wǎng)電壓升高。圖6.變電站Rogoznica的電壓概率分布曲線(xiàn)并入風(fēng)電場(chǎng)后，電壓概率分布曲線(xiàn)右移，說(shuō)明配網(wǎng)電壓升高。5.算例分析圖7.變電站Rogoznica年平均的日電壓-時(shí)間曲線(xiàn)并入了風(fēng)電場(chǎng)后使配網(wǎng)平均電壓升高，但是決定曲線(xiàn)形狀的仍是年平均的日負(fù)荷。5.算例分析圖8.變電站Rogoznica電壓-時(shí)間曲線(xiàn)中電壓波形的范圍該結(jié)果與確定性方法（圖4）得到的結(jié)果相一致。該結(jié)果也顯示出了并入風(fēng)電場(chǎng)的負(fù)面效果，即增大了電壓波動(dòng)的范圍。5.算例分析 上

10、述一系列結(jié)果表明，風(fēng)電場(chǎng)的接入引起了配電網(wǎng)饋線(xiàn)上的電壓升高，原因如下：有功電源點(diǎn)向配網(wǎng)負(fù)荷點(diǎn)的移動(dòng)減小了在配網(wǎng)中部分的有功潮流和電壓降落。在低配網(wǎng)負(fù)載，高風(fēng)電場(chǎng)出力情況下，電壓升高尤為明顯。風(fēng)電場(chǎng)發(fā)出的無(wú)功功率還可以進(jìn)一步的減小在配網(wǎng)中部分的有功潮流和電壓降落。5.算例分析電壓變化分析： 風(fēng)機(jī)的控制與設(shè)計(jì)可以輕微減小有功功率的波動(dòng)，因?yàn)樵?與切入風(fēng)速，額定風(fēng)速與切出風(fēng)速之間，風(fēng)機(jī)的發(fā)電功率是不變的。 本文只分析10分鐘平均的電壓波動(dòng)。5.算例分析圖9.變電站Rogoznica電壓變化時(shí)序曲線(xiàn)5.算例分析 圖9說(shuō)明了在有風(fēng)電場(chǎng)（情況2-a）和無(wú)風(fēng)電場(chǎng)(情況1)時(shí)12小時(shí)內(nèi)的電壓變化： 情況1中，

11、在電壓波動(dòng)最大的點(diǎn)（十分鐘），相對(duì)于標(biāo)稱(chēng)值的電壓波動(dòng)是0.35%，此時(shí)相對(duì)于最大配網(wǎng)負(fù)荷的最大負(fù)荷波動(dòng)為2% 情況2中，在電壓波動(dòng)最大的點(diǎn)，相對(duì)于標(biāo)稱(chēng)值的電壓波動(dòng)是0.9%，此時(shí)相對(duì)于最大配網(wǎng)負(fù)荷的風(fēng)電場(chǎng)出力波動(dòng)為18%。與情況1不同，此時(shí)風(fēng)電場(chǎng)出力的正向梯度變化也會(huì)致使電壓波動(dòng)的正向梯度變化。5.算例分析圖10.變電站Rogoznica電壓波動(dòng)概率分布圖11.變電站Rogoznica電壓波動(dòng)-時(shí)間曲線(xiàn)5.算例分析 圖10，圖11都表明：風(fēng)電場(chǎng)的接入會(huì)使電壓波動(dòng)問(wèn)題變得更嚴(yán)重（如增大更高電壓出現(xiàn)的可能性） 圖11中可以看出，在沒(méi)有風(fēng)電場(chǎng)時(shí)，相對(duì)于標(biāo)稱(chēng)值的電壓波動(dòng)范圍是-1.53%,1.01%；然而加入風(fēng)電場(chǎng)后，波動(dòng)范圍為-2.68%,2.77%。 圖9中可以看出，沒(méi)有風(fēng)電場(chǎng)時(shí)，一年中超過(guò)0.5%的電壓波動(dòng)出現(xiàn)的概率僅為0.23%；然而加入風(fēng)電場(chǎng)后，一年中超過(guò)0.5%的電壓波動(dòng)出現(xiàn)的概率上升到5.7%。 上述結(jié)果說(shuō)明，MCMC方法產(chǎn)生的人工數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相匹配。6.結(jié)論 文章對(duì)并入了風(fēng)電場(chǎng)的配電網(wǎng)做了電壓波