考虑柔性负荷控制的主动配电网重构方法研究

发布时间：2020-07-20 19:58

【摘要】：分布式电源作为传统供电方式的补充,在配电系统中扮演着重要的角色。但是随着大量分布式电源并网,对传统配电系统的结构与运行模式都产生了巨大的影响,主动配电网的概念应运而生。配电系统的组成单元日趋复杂,对其运行的要求也越来越高,“源-网-荷-储”优化互动的主动配电网运行模式成为了必然趋势。充分考虑“源-网-荷-储”互动,将柔性负荷的控制与主动配电网的重构相结合,这一手段对配电系统正常运行状态下做出优化和故障状态下做出处理都具有重要的理论与现实意义。本文主要针对考虑柔性负荷控制的主动配电网正常运行状态下的优化重构和故障状态下的故障重构即孤岛划分问题进行了相关研究。对现阶段主动配电网中的柔性负荷进行研究并分类,按照其与配电系统的互动属性,将柔性负荷分为可与配电系统进行双向互动的含源负荷以及只能接受配电系统单向调度的可调负荷,依据其各自的特点建立了相应的数学模型,使其参与到主动配电网的优化重构与故障重构中。考虑柔性负荷的优化调度,建立了以配电网络有功损耗最小为目标的含分布式电源与柔性负荷的配电网优化重构模型,该模型为包括了内层、外层的双层配电网优化重构模型。所使用的双层优化策略的两层在每次迭代中都结合在一起,在每次迭代中通过求解外层的优化模型得到网架结构的重构方案,并在内层对柔性负荷进行优化控制。因此,在同一迭代中得到了最优网络拓扑和最优柔性负荷相结合的方案。通过仿真验证了该方法的有效性,并以此证明了柔性负荷在主动配电网优化重构中的重要性。分别建立了不同种类柔性负荷在不同场景下的孤岛仿真模型,通过仿真得出了柔性负荷在孤岛中的作用以及适用范围。提出基于启发式算法的计及“源-网-荷-储”互动调度的极端故障状态下的主动配电网实时动态孤岛划分策略,将故障状态设置为配电系统与输电网络的连接中断致使配电网无法从输电网获得电能,对故障时段内的配电系统进行遵循某一固定时间尺度的实时动态划分,充分利用主动配电网中柔性负荷的调度以及网架结构的改变,对系统中的分布式发电单元的出力做出响应,使整个故障时段内的配电系统在动态划分中能够更加合理高效。通过仿真论证了柔性负荷在主动配电网孤岛划分中的重要性,通过算例的比较分析验证了所提出策略在特殊的应用环境下更加高效。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM73
【图文】：

微型燃气轮机,发电系统

与输电网中的汽轮机不同，在配电网与微电网中所应用的是功率较小的微型逡逑或小型燃气轮机。微型燃气轮机通常以天然气作为燃料进行发电，所产生的燃烧逡逑产物为ｃｏ２，因为其具备清洁潜力所以成为可控发电单元中应用最为广泛的设备，逡逑本节对微型燃气轮机进行研究并建立其在ＡＤＮ中的数学模型。逡逑目前的微型燃气轮机发电系统主要有单轴、双轴两种类型，主要的组成部分逡逑有压缩机、燃烧室、涡轮机三大组成部分，配合电力电子装置为配电系统输送电逡逑能，功率一般在２５ｋＷ到３５０ｋＷ，作为主动配电系统中主要的分布式供电单元，逡逑其具有体积小、响应快、效率高以及环境效益好等特点，更具有能够进行热电联逡逑产的巨大优势。微型燃气轮机的运行机理为：燃料气体通过燃料控制装置进入燃逡逑气室，与流过压缩机进行压缩后的高压空气混合，进行充分燃烧，形成的高温高逡逑压燃气推动燃气涡轮转动，与此同时驱动压缩机和发电机，燃气涡轮产生高频交逡逑流电，并利用电力电子交流装置将其转变为工频的交流电，之后输送到配电系统逡逑中为负荷单元供电。其发电系统结构如图２－１所示。逡逑

光伏发电系统,光伏发电

，行成本、燃料消耗成本等经济条件均未考虑在内。逡逑２．１．２光伏发电单元逡逑光伏发电单元也称太阳能发电单元，利用太阳能资源进行发电，其主要组成逡逑部分为利用太阳能发电的半导体薄片——太阳能板组成的太阳能方阵、逆变器、逡逑控制装置等。光伏发电单元的容量取决于其规模，如私人型家庭屋顶并网发电系逡逑统，其容量为３－５ｋＷ，设置于边远无电地区的小型光伏发电，其容量一般为逡逑１０－ｌＯＯｋＷ不等，以及独立的光伏发电站，其容量可达１０ｋＷ－５０ＭＷ。光伏发电单逡逑元的运行方式分为两种，光－热－电转换方式以及光－电转换方式，前者是利用太阳逡逑能集热器将吸收到的太阳能辐射所产生的热能转化为蒸汽，驱动汽轮机发电，后逡逑者是通过太阳能电池板吸收太阳光照，通过光伏效应将太阳能转化为电能，是一逡逑种直接将太阳能转换为电能的过程。最后将所产生的电能通过电力电子装置输送逡逑给配电系统，完成光伏发电过程。光伏发电系统如图２－２所示。逡逑

关系图,光伏发电,光照强度,输出功率

ｉ＾Ｇｂｌ＜Ｒｃ）逦＾ＳＴＤ＾ｃ逡逑Ｐａ＝＾邋（Ｒｃ＜Ｇｈｔ＜ＧＳＴＤ）逦＾ＳＴＤ逡逑Ｐａ＝Ｐｎ邋＾Ｇｂｌ＞ＧＳＴＤ）逦为光伏发电单元的实际出力；八为光伏发电单元的额定发电功率，试条件下的单位光照强度下光伏发电单元所产生的功率；Ｇ６，为ｒ时刻度；为标准光照强度；凡为光伏出力与光照强度进入线性关系的主动配电网中，主要考虑的是光伏发电单元的功率出力，所以主要考电转换而非光－热－电转换，故在一般情况下可以忽略温度因素，将光伏模型简化为光照强度与有功功率输出的线性函数。光伏出力与光照强２－３所示。逡逑＇逡逑

【参考文献】