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分布式光伏及无功优化配置的配电网稳态电压控制策略研究

销售价格: 150元/篇 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis 编辑:若诗 点击次数:133
论文字数:46598 论文编号:el2021022520291421905 日期:2021-02-28 20:45 作者:上海论文网
本文是电力论文,提出了一种参数自适应调整策略的改进PSO算法,通过与标准PSO算法、骨干粒子群算法(BBPSO)分别对三个检测函数Ellipsoid函数、Rosenbrock函数以及Rastrigrin函数进行优化求解,验证了该改进算法的有效性。然后采用该改进算法对IEEE33节点配电网系统的并网光伏的位置和容量进行了优化配置,得到了分布式光伏最佳有功出力和并网位置。结果表明,优化配置后的配电网的电压偏差和网络损耗相比于原始网络都有一定程度的减少,对配电网的稳态电压水平起到了良好的支撑作用,并验证了该改进算法具有较好的收敛性和精确性。过多的光伏电源随意接入配电网后,会使得配电网的构造发生改变,从而影响到配电网的电压质量。为了进一步提高含有分布式光伏配电网的电压质量,减小配电网运行时的网络损耗。为了进一步提高含分布式光伏配电网的电压质量,考虑到分布式光伏具有一定的无功输出能力,在保证分布式光伏有功出力恒定不变时,采用改进PSO算法优化分布式光伏的无功出力、优化配电网中无功补偿装置的出力、以及协调控制分布式光伏和无功补偿装置的无功出力等四种方案对配电网进行无功优化。

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1绪论

 

本文对分布式光伏的优化配置和配电网稳态电压控制策略展开了研究,工作如下:第一章,阐述课题背景及研究意义,介绍国内外光伏发电发展概况,通过分析大量参考文献,对现有的研究成果即分布式光伏的优化配置、含分布式光伏配电网的无功优化以及改进智能算法这三方面进行归纳总结,从而确定本文的研究内容。第二章,首先介绍光伏发电系统各组成部分,然后归纳总结分布式光伏并网对配电网的多方面影响,重点分析光伏电源并网对配电网稳态电压的影响机理,最后在PSCAD/EMTDC软件中搭建光伏并网发电系统模型,以IEEE33节点配电网系统为例,通过仿真验证不同并网位置和容量的分布式光伏对配电网电压的影响。第三章,首先构建以配电网总电压偏差最小、网络损耗最小的目标函数及相关约束条件,然后针对标准PSO算法的缺点,提出一种参数自适应调整策略的改进PSO算法,通过与标准PSO算法、骨干粒子群算法(BBPSO)分别对三个检测函数Ellipsoid函数、Rosenbrock函数以及Rastrigrin函数进行优化求解,验证该改进算法的有效性。最后采用改进PSO算法对分布式光伏并网的优化配置模型进行求解,得到分布式光伏最佳有功出力和并网位置,并通过仿真间接验证该改进算法的可行性。第四章,对本文所做的工作进行总结和反思,对今后研究的内容进行展望。

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2分布式光伏发电系统及并网影响

 

2.1光伏并网发电系统
由于受到光照强度、温度等因素的影响,光伏电源的输出特性具有非线性特征。光照变化时的光伏电源输出特性曲线如图2.3所示,温度变化时的光伏电源输出特性曲线如图2.4所示。从图中可以看出,光伏电源可以工作在不同的光照强度和温度下,从而输出不同的电压和功率。光伏电源的短路电流随着温度的升高在不断的增大,但是开路电压却在不断的减小,相较于电流来说,其变化程度较大,因此在光照强度不变的情况下,温度越高,最大功率反而最小,而且最大功率点处的电压变化较大。相比较而言,光照强度的提高对于短路电流、开路电压和最大功率都是增大作用,而且最大功率点处电压变化较小,在某些条件下可近似认为不变。在谐波问题方面,由于大量的非线性电力电子装置接入配电网中,使得配电网具有多个固定谐振点,再加上光伏出力的间歇性和随机性,很容易引起谐振,大量的谐波电流导致并网点电压波形发生明显畸变,从而对配电网造成谐波污染。
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2.2分布式光伏并网对配电网电压的影响机理
分布式光伏并网后,使得传统的配电网结构变得更加复杂,潮流分布发生改变,从而引起诸多方面的影响,严重威胁到配电网运行的安全性和可靠性。本小节首先对潮流分布、电能质量、网络损耗这三个方面造成的影响进行归纳总结:(1)对配电网潮流分布的影响传统潮流分布发生巨大改变,不再是由单一电源呈辐射型流向各个节点负荷,而且随着分布式光伏电源的容量、位置及并网方式的改变,可能还会出现反向潮流现象,加之配电网负荷的波动性和不确定性,使得并网之后的潮流分布变得更加复杂多变。(2)对配电网电能质量的影响对配电网电能质量的影响主要体现在电压偏差、电压波动与闪变以及谐波畸变这几个方面。造成配电网中某些节点电压偏差超标的原因也是在于分布式光伏并网后,传统的潮流分布发生变化,当并网容量增加到一定值时,导致部分节点电压过分抬高,出现电压越限问题;由于光伏出力受到光照、温度等因素的影响,具有明显的间歇性和波动性,因此很容易引起电压波动,特别是在投入和退出配电网的过程中,可能还会引起电压闪变,严重影响配电网中一些敏感设备的正常工作

 

3基于改进PSO算法的分布式光伏并网选址定容优化策略..............................................23
3.1分布式光伏并网选址定容数学模型........................................................................23
3.2改进PSO算法...........................................................................................................25
3.3改进PSO算法在分布式光伏并网选址定容中的应用...........................................30
3.4算例分析....................................................................................................................32
4基于改进PSO算法的含分布式光伏配电网无功优化策略..............................................37
4.1并网逆变器无功输出原理........................................................................................37
4.2含分布式光伏的配电网无功优化数学模型............................................................38
4.3改进PSO算法在含分布式光伏配电网无功优化中的应用...................................40
4.4算例分析....................................................................................................................42
5结论与展望...........................................................................................................................51

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4基于改进PSO算法的含分布式光伏配电网无功优化策略

 

4.1并网逆变器无功输出原理
当大量的分布式光伏接入到配电网系统时,配网电力系统结构发生改变,配电网的潮流分布变得复杂,此时对于配电网的运行提出了更高的要求。分布式光伏接入配电网系统后,节点负荷发生变化,进而导致配电网无功发生变化,对各个节点的电压造成不同程度的影响。电压是电力系统电能质量的重要指标之一,系统的无功补偿和无功平衡是保证电压质量的重要条件,因此对含有分布式光伏的配电网进行无功优化是非常有必要的。光伏逆变器在并网时除了向电网输出有功功率外,还可以输出无功功率,配合配电网中安装的无功补偿装置对电网进行无功补偿,有效地改善了配电网的电压质量。本章节首先分析了并网逆变器的无功输出原理,然后采用上述章节提出的改进PSO算法,调整光伏电源自身的无功出力、优化无功补偿装置的位置和容量,在满足功率、电压等约束条件的情况下,使得配电网运行时的总电压偏差和网络损耗最小。
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4.2含分布式光伏的配电网无功优化数学模型
在此方案中按照第三章的选址定容优化结果接入分布式光伏,此时保证分布式光伏的有功出力为恒定值,分布式光伏和节点处安装的无功补偿装置的无功输出作为待优化变量,通过协调控制两者的无功出力,对配电网进行无功优化。仿真结果如图4.9、图4.10所示。如图所示,以方案四的配置进行优化计算,当各分布式光伏的有功出力一定时,对光伏的无功输出、无功补偿装置的出力进行优化求解,六个分布式光伏的无功出力按照节点由小到大的顺序依次为50kVar、163.5kVar、125.5kVar、78.6kVar、0kVar、103.5kVar,两个无功补偿装置出力相对减小,分别为167.8kVar、739.9kVar,。从仿真结果图中可以看出,所有节点电压幅值均在0.95p.u.~1.05p.u.之间,满足配电网稳态运行相关约束条件,且电压波动变小,整体电压相对稳定,全网络系统中最小电压节点为25节点,电压幅值为0.979p.u.,整体电压质量得到显著的改善。比较图4.10中四种方案的节点电压幅值曲线,方案四的优化效果最好,电压幅值明显高于其他三种方案,电压波动更加平稳,波动范围在±3%之间,符合标准电压质量波动范围规定。

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5结论与展望
(3)确定了分布式光伏的最佳有功出力和并网位置后,对含有分布式光伏的配电网再次进行无功优化。采用提出的改进PSO算法,通过调整分布式光伏的无功出力、优化配电网中无功补偿装置的出力、以及协调优化分布式光伏和无功补偿装置的无功出力等四种方案对配电网进行无功优化。结果表明,协调优化分布式光伏和无功补偿装置的无功出力,可以明显减小电压偏差和网络损耗,提高配电网电压质量,使配电网运行在更佳状态,同时也说明了改进PSO算法对含有分布式光伏的配电网进行无功优化十分有效。本文首先对分布式光伏并网位置和有功出力进行了优化,在此基础上,考虑了光伏逆变器的无功输出能力,通过与配电网中的无功补偿装置协同出力,对含有分布式光伏的配电网进行了无功优化,从而提高了配电网的整体电压水平,改善了配电网运行状态。在今后的研究中,还需进一步的完善和发展:(1)在实际生活中,光伏电源的出力具有强烈的随机性和波动性,而且配电网的负荷也是随着时间波动的。因此,应充分考虑光伏出力以及配电网负荷的不确定性,这对研究实际生活中光伏并网的优化配置问题具有现实意义。(2)本文提出了一种参数自适应调整策略的改进PSO算法,可以在此改进算法的基础上,采取与其它智能算法例如布谷鸟搜索算法相结合的形式,取长补短,继而提高算法的寻优性能。
参考文献(略)
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