主动配电网电能质量分析与评估.docx

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主动配电网电能质量分析与评估

主动配电网电能质量分析与评估

南阳理工大学宋哲元

随着分式电源（DistributedGeneration,DG）越的接入网，传潮流的被电网正逐变成双流的集发电装主动网（ActiveDistributionNetwork，ADN）。

主网是实现大规式并网运控制、电网能设动、智能配电网分行关术的解案。

主电网中含有大量分电源，各种分布源都会在一定程响电网质量。

因此，主动配质量分析与评估具有重义。

本文所做主要工作有：

1）简要介绍了主动配电网的基念，分析了主动配电网电量特点，并对国内量分析与研究的行了概括和分析。

2）研究了主动配电网中各个主要组成部分的模型，包括变型、输电型、负型和DG模型，并根据主动点，建立了网评价指标体系。

3）总结了电能质量的一般概念，并分析了电能质量国家标准中规定的6项电能质量指标的定义和危害，包括：

供电电差、电力统频差、电压不度、电压波变、公用电波，最后总结归纳出电能质量国家标准中规定的该6项指标的限值。

搭建了主动配电网基本模型，并对主动配电网的4项电能质量指标进行了分析，包括谐变、电差、三相衡和电压闪变。

4）分析了分布式电源接入主动配电网后的电能质量问题，提出了主动配电网电能质新指方法，通过电量变化量指统指标来评估主动配质量，并对算例进行了分究，表明了该方效性。

关键字：

主动配电网；电能质量；评估指标；主动配电网模型；分布式电源

PowerQualityAnalysisandAssessmenton

ActiveDistributionNetwork

ElectricalEngineering

Graduate：

XuRanAdviser：

LiuNian&YangXudong

Withmoreandmoredistributedgeneration（DG）connectedtodistributionnetwork，thetraditionalpassivedistributionnetworkwithunidirectionalflowisreplacedbybidirectionalactivedistributionnetwork（ADN）integratingmanydistributedgenerationdevices.ANDisasolutiontorealizekeytechnologyofpowergridanalysisandoperationsuchaslarge-scaledistributedenergygrid-connectedoperationandcontrol,gridinteractionwithenergystoragedevices,smartdistributionandusingelectricityandsoon.Therearemanydistributedgenerationsinactivedistributionnetwork,whichmayworsenthepowerqualityofthepowersystem.So,it’ssignificantmeaningfultoanalyzeandassessthepowerqualityintheactivedistributionnetwork.

Thefollowingworkhasbeendoneinthispaper:

1）Thebasicconceptionofactivedistributionnetworkisbrieflyintroducedandthecharacteristicofactivedistributionnetworkisanalyzed,thenthedomesticandoverseascurrentsituationofpowerqualityanalysisandresearchissummarizedandanalyzed.

2）Thecomponentsoftheactivedistributionnetworkmodel,includingtransformermodel,transmissionlinemodelandtheloadmodelhasbeenstudied,inaddition,theactivedistributionnetworkevaluationindexsystemisestablishedaccordingtocharacteristicsofactivepower.

3）therelevantdefinitionsandstandardsofthepowerqualityindicatorsaresummarized,thenthedefinitionandhazardsofthesixpowerqualityindicatorsspecifiedinthenationalstandardofpowerqualityareanalyzedindetail,includingpowersupplyvoltagedeviation,frequencydeviation,three-phasepowersystemvoltageunbalance,voltagefluctuationandflicker,theutilitygridharmonic,finallythepowerqualitynationalstandardlimitvalueandofthesixindicatorsisgiven.Basicmodelofactivedistributionnetworkissetup,then4powerqualityindicatorsofactivedistributionnetworkareanalyzedincludingharmonic,voltagedeviation,three-phasepowersystemvoltageunbalanceandvoltagefluctuationandflicker.

4）Thispaperpresentsnewindicatorsandnewmethodofpowerqualityevaluationafteranalyzingtheproblemsofpowerqualityinactivedistributionnetworkwithdistributedgenerationsconnectedin.thepowerqualityinactivedistributionnetworkisevaluatedbyvariationindexesandsystemindexes,andthecasesareanalyzedandresearched,whichindicatedtheeffectivenessandrationalityofthemethod.

Keywords:

Activedistributionnetwork;Powerquality;Evaluationindex;Modelofactivedistributionnetwork;Distributedgeneration

目录

1绪论1

1.1研究背景及意义1

1.1.1主动配电网简介2

1.1.2AND电能质量问题产生原因及危害3

1.2国内外研究现状5

1.2.1主动配电网电能质量分析现状5

1.2.2主动配电网电能质量评估现状9

1.3本文主要研究内容10

2主动配电网建模及评价指标体系11

2.1主动配电网建模11

2.1.1变压器模型12

2.1.2输电线路模型13

2.1.3负荷模型16

2.1.4分布式电源模型17

2.2主动配电网评价指标体系19

2.2.1DG并网特性指标19

2.2.3运行特性指标22

2.3本章小结24

3主动配电网电能质量分析25

3.1电能质量定义25

3.2电能质量各项指标定义及标准26

3.3主动配电网电能质量分析32

3.3.1谐波畸变33

3.3.2电压偏差35

3.3.3三相不平衡41

3.3.4电压波动与闪变44

3.4本章小结45

4主动配电网的电能质量评估46

4.1DG接入AND的电能质量问题分析46

4.1.1风力发电的影响47

4.1.2光伏发电的影响48

4.2主动配电网电能质量评估指标49

4.2.1变化量指标49

4.2.2系统影响指标51

4.3算例分析51

4.4本章小结54

5总结与展望56

5.1总结56

5.2展望56

参考文献58

声明62

致谢63

1绪论

1.1研究背景及意义

电求持续、传源短力市放驱动着电向高效、灵活、智持续的方展，以适来的技术需。

可持续未来电础特征，其现为分布源（DG）尤其是可源的规接入与用[1]。

大量DG会对配造成广响，主要表：

改变网电平、提配电网短容量、继策略的度加大、影络的供电可以及加能质量的恶。

目前，虽电网（简称微技不断成以及虚发电技展给DG的供了解决方，但是，由网受其容限制以及制目标的不，还不能完决规模化DG来的由传被动单电配电网向向供电多配电网转变的术问题[2]。

可能源发电术、储术的进及电力电的同展解决了DG在中电网的并运行问题，但电尤其是配仍然存在可生能源消足薄平不调式落以电互水低等问题，重制约了生能源的高透利于后能构的化调。

针一现状，主电网（activedistributionnetwork）技运而生，旨在解网兼容及应用大模间歇再生能，提升绿源利用率，优次能源结问题。

分布源的高率应用是未电网发展的要趋势，传统单向式供电网正面双向供电变的巨大战。

由于能、光伏为代的分能源具有歇性和波特质，传网的运行管式远不能满足式发电单元接需求。

因此针统配电网无动消纳间能源的现状，提动配电网技术，解规模间歇式能纳及优用问题。

这对于促进可利用，实现配电活双向供电，提网运行能力具大现实意义。

电现代工代社会生用的最重源之作为一种商品，它不流动，不能方存。

与其他的商同之处在于户往往发电厂，多个发电出的电能同电网，然后通过多个变压空线或埋地送到用户。

供无法将不合准的电能从供电收回，用户也没办法拒能，所以保点的供电质不是一件的事情[3]。

电能点[4]：

1）动性。

电能由生消耗的过个整体，电的流一直是动态平的，其电量现象、各指标常不相同，电力系电能质量一在变化。

2）整。

电力系统内质量会互相影响，一力系统产质电能，不能达的要求，都会对电户、电力设、与之相关的网的安全稳行产生威胁；许候，系统中的体既表劣质电害者，同时也表电能质坏者。

3）电能动具有潜在的危与广泛的传。

电能质量扰象种类繁多，发故的原因较杂，由电能质降而造成的对设备、电力系统的危有潜性；此外，扰播速度非常害性大，可能降他系统或设气性能，甚至破备。

4）电力系电能质综合评估非难。

电力系统是一个多指统，其评估指标的定及评估方选取等都十难。

5）电能难于控制管。

高科发展，一些敏户对电能出高的要求。

不能质量，其成同，因此电能应质定价，以保证市争的公平性。

通电能质行评估，得到一个量描述，使电门能及时向用供系统电能质况，为考核供量及用户选电服务提供参力市场运营透化。

1.1.1主动配电网简介

根GREC6.11工组的报配电义为以综合分布源（DG、柔能）的配电用灵络技现潮效管理分布源在其合管环境和接则基础上承系统的支用。

本质上，主动配网是利用先信息、通力电子技规模化接布源的配电施主动管够自地控制间歇源和储能装DG单元，积极再生能源并且网络的安全济运行。

主动配电网目组合控制各种分能源，加大配对可再源的接纳能力、提升网资产的利用率、延电网的升级投资，以及提户的用电质供电可靠性[6]。

网中含有大电系布式供统通常包含分电源、储元、逆变装成部些组成部是建术基础之上而大力电术的应及分式电定性较差等原因都会引种电能质题，这是分布电系统与电网互先面临的问题[6]，主要包括：

1）配电网电整困难。

电力电电源的电压调控制方式规方法不同，分布式发电的频动也使配电网电繁发生波动；在分布源为风电的情况下，有些风电电要从电网吸收无并且随时波，使电节变得困难。

2）谐波畸直流注力电子型电易产生谐成谐波污波的幅阶次受到发式以及转换作模式的影外，如果无变压器而与电接相可能向电网注入直变压器和电件出现磁饱和现使附近机荷发生转矩脉

3）电压不平果是电力电子电变器的控制策网络不平衡电压会响。

4）产生电压闪网时一般会发生闪孤岛运行时如进与评估是有必要是具有现实价值

从上述分析可以看动配电网中布式电源接入造电能质量问题是不容此针对主动配电质量的分析及评很有必要的，对于整个电电能质量的管善都具有积极的意

1.1.2AND电能质量问题产生原因及危害

越来论研究及工践表规模的分布式发电分散接入配引起网络结流、保制、供电可靠能质量等一系列化和技术革电网带来的影深刻而复杂作为大规模消歇式能源的主动配电能引起电能质量的主要原因

布式能电集成到中网形成多电双向供电格局改变了传统配电网潮流荷可以与分发电就地平此线路网损下降，传网末梢电低的现象可能改方面，若分布电向系统反送潮点电压甚至可于电

2）大量力电子装置的采大部分间能源与储能设用电力电器与电网连型拓扑为基IGBT的压源变流器（VSC）、多变器等L、LCLCL滤波电电网接口基于晶闸管的传型电力电子流装置相虽然全件的采用及高宽调制（PWM）或阶梯术使谐波问题大为减因变流器非理性与滤波环振引起的波形变不可避此带来新的叠加规

3）分能源的间歇性特伏阵列输出功要受辐照强温度影云天气可能造成列的局部阴速改变光伏发置的出力情出力与风流强流方距角及控统参数等有着复杂的关风天气下风机输率难以预此以光电为主要代表源发电并网带质量电压波动已成为共

4）电网外外部因素网本身运行环境恶非线性负击性负荷的接电线路故障主动配电网中引布式发电装置的异行或连锁反可能引起电能质量问如型光伏发电设有低电压穿越的要电网电压异常时将在规间内断开与电网的会造成原本因故障电不足的电网状况进一步

动配电网电能质理分析和综理研究中考察上述原因产生能质量问找其与间歇透率度和分散率四电网维度指标间的关提出主动配电能质量综理方法。

量污染不仅会力用户及其自身造成危对相关行一定的影面介绍一些们生活息关的危害[7]：

电力系统的危要表现在增加线低一次运行设继电保护装置误动计量仪表产生误差几方果电能质量指标不合能造成各类继护装置发生拒或误动谐波分量较高造成过电流保电压保护等动果输电线路中存波电会有附加能耗产时也会增加线损果系统发生谐大或谐振现别是在谐波次数波电流的污染造成对线影响会更

力用户的生活质质量指标不达标发生诸如电容器熔丝熔偿装置投不上等现系统频率标称值导致用户生产出用户遭受严重的经能引起电视画泡发生忽明忽暗的现重影响用户的生活质

3）影气设备正常运低一次运行设备寿命。

电压暂降会引起计算机至破坏操作系会使电机产生机械振压容器等设备会因为谐生发热以及绝至损

4）关行业的危害主现为对通信行业的影网谐波会干扰信号重影响通信质

1.2国内外研究现状

1.2.1主动配电网电能质量分析现状

主网是未来智配电网的一种发家正积极开展相关技术的研ADN的研究处于领位的主要有北盟和日本前盟已经在丹班牙以及英国等地入开展了主动网技术研究范工程建中最具影响欧盟FP6主导的ADINE示范工核心理念是利用自动息信及电力电新技术实现对大规入DG的配电网进ADINE示范工程通过5个场实际环境中实拟了接入大量DG的主动配电管个实例包括反孤岛保于DG的电压控护定值自适应整压协调控制以于静止同步补的电能质量控个项目从2007年10始到2010年11月结ADINE示范工将上述各自的解决方案进行了联合试示了主动配电网管统是如何与含模DG的主动配电行交而解决主动电网中的保压控能质障穿越和孤岛运行等一系列的问范工程的实例表过主动配电网管理技以使得DG在网的接入更加容络的运行状况也更加优

国对ADN的研其他国家相对落究热点主要集DG本身控制以及DG规行等方DG的并网技准和并网规面尚有欠极大地限制了分发电技用和推是我国大力支持生能源的发部和沿海分别建伏电站和风力发电估计202将达到20GW~30G

DG高渗入配电能造成各种能质量问量文献就特定环设对DG接入配电的电能质量问理进行了讨要集中在系统电压偏压波动和闪波污染几个方面分别加以综

1、供压偏差

指电力系统各处电许偏离值的百分为供电电量的基本保压偏差一直以来都网稳态运行时心的电能质量问题

布和潮流紧密相然潮流计算是电统的基本计算随着DG并网及量的增变了系统潮的方得配电网潮算的难度增些传统的计算潮工具和方法由于DG的接失效针对这一问多文献就含分布源配电网的电压偏题进行了机的分析和研究[10-15]。

基于链式配电网布式恒功态负荷模型的基础过仿真实验说明布式发电对配电态电压分布的影出了分布式发电对配电压分布的影响入容量大入位置有极大的关相同渗透率布在馈线上比集同一个位置压的支撑作用献[11]在研究分布电影响电压机理的基础析了在负荷较小的线端发展光伏发电电压的影响因括光伏发电出入位置路参数和负到了大容量光伏入将引起线路局部电出电压偏差要求的结议加装蓄电池装置进行改献[12]在综合考虑分布源及负荷功率随机特基础出一种改进的估计方解含分布式电电系统的概率潮从而得到电压的概率统计真证明了此方法的有效得到了合理的分电源类型搭配有利善电压质量的结献[13]运用概率理讨了配电网中分布式电入功率和电压偏差的关论表明电压偏差受到系统短路容布式电源注入功负荷水平多个因素的影DG的渗透率增大对配电网的电布产生显著作用且与DG接入位量大小以及网络拓构密切相

2、电动和闪变

波动和闪变会成灯光闪机转速不均敏感仪器不能正作等危害[16]电的电压波动和闪要是由具有冲击速变动）功率的负起献[1出目前越来分布式电源接入电G会引起电网压波动和闪根本原因是并组输出功率的波献[]首先指出若DG接性率超过300的无穷大母引起任何闪变发起电压波变的系统原因是很DG远离变电站主系统刚性率会随DG渗率的增加而外还指出光伏电站层快速移力发电的风速变入与切除暂影效流器及电机的复杂控应等相互耦的复杂因可能引起电压波动和闪献[20]重点讨论了引起电压波动和闪要原因是并网出功率波电机组自身固有的也会造成电网电压献[]分析了分布式光源接入配电网对电压的影伏电源输出功率能引起电压波变和负荷波动叠一起会引起更大的压波动和闪献[]研究了分布式电其大小对电压波变的影响立了IEEE34节点包路的网状配电网仿真模真结果表DG可以减轻网络中动负荷造成的母线电动和闪变且DG容量越电压波变的消弱作用就越外，文献[]还探讨了大型光电站接入系引起的波动和闪变问具体问题分析方可以借

实配电网中考察DG接的电压波动和闪包括其他电能质量问可建立在已有的电境下进括其他负配电设备经使电能质量指到或近似达一定的允许一个重要的方握闪变的量化描与测量方学评估DG接入后的电压波变效应闪变在配电网中的传度还包括电压波形形方波、正弦或锯齿压波动幅炽灯的频率特眼频率特性及大脑的应程度多情况下对DG接入的电变评估仍是一个复杂的

配电污染会造成电备发护或自动装置误等各种危国国家标准GB/TIEC61000标准系IEEE519标各国和地区标备谐波发射水量要求等有明文规定[2]见谐网及用户的重大影磁饱和及非线性负造成传统配电网波形畸要原因，传统谐包括电力变压抗器业中常用的变频调速弧用的荧光用开关电电的设备电负荷的谐波电统阻抗上产生非电压降终导致电网电压发生畸着越来越多的DG接入电波发射情况发生了新的变[30]中显示在一天中实测的电波畸变小值在14%左右出IEEE规定的5%并网电波畸变率限研究显示若不增波滤波装于电网换流的DG设备网中渗透率水平仅为119]。

和国内标准对DG入电网后的谐发射程度有明定[31-]多文献就特定环分布式能源接入配电网后的谐关问题进行了探讨[33-36]。

[33]讨论了在PV高率接入配电网环境系统电压畸变PV逆变器THDi增停止工作的情析认为产生谐波要原因为PV逆变器与外电路构成并联谐网与线路电电或用电设备构成串联谐系统运行状态变化波情况更加复造成单台PV输合要高渗透率接入配出现谐波超标的现献[34]从谐波畸变约度考虑分布式电大允许接入的峰值容析了接入位率对电网谐压电流分布的影提出最大准入功至少准入功率计算方献[35]中当光伏模部分遮挡后实测输出THDi为20%流不平衡度为5.14%献[33]、[35]中还检若DG所并电网本身已存在较大电压畸引起PV逆变器THDi明显增大甚至停止工作。

另外，如果采用主动孤岛检测方法，也会造成DG谐波发射水平短时增加[36]。

1.2.2主动配电网电能质量评估现状

在分布式电入配电网后电量的评估方作才刚刚开学者以电降波形畸变为出了电能质量变标和系统影响指别用于量化分布式电入后电能质量水平的变度和安装单位功布式电源电电能质量变化的程献[38]提出了一种电差、暂降的加权平均指过算例仿真验证数可以较好的反应源接入对电网电压情况的改

随式并网发电系统的增们在一定程度上改响了电网及其调节能此，国际和国内相针对于分布式并网发统均制定出了一系技术尺度和并网要001年，国工委员会IEC的TC/SC委员会编制了系列风电机组的标准《IEC-21:

20际标准——并网力发电机组电能量与评估》标准为并网风力发电机电能质量提供一个具性和准确性的描试和评估的规范性方8年，ffiC在2001版的基进行修订并颁布二版《IEC61400-08-08国际标准并网电机组电能质量测量与评订版在描述并网型风机组的电能质量特性第一版规定压波动与闪波以及功率控制等特征二版补充了间谐高次谐组的电压暂降响网保护以及再并网的特

2003年标准制定委员发布的《IEEEStd1547-》是第一个规范燃料电伏系布式发电装量存储设备这类分布式电源系统并网的

IEEEStd1547-2的是容量不超MVA作频率为60Hz的分布式发电标准规定了分布并网的包括并网电流网同步、电在内的几个重要技标方面的要

1.3本文主要研究内容

本文主要对分布式电源接入主动配电网引起的电能质量问题进行深针对主动配电网的特合电能质量国家标主动配电网的能质量进行分析与评布式电源的接主动配电网的电能质利有弊，合理客观地分析主动配电网的电能质量是关键。

本文的主要研究工作如下：

1）对主动配电网本概念进行了简要介析了主动配电网电能质量特和分析了国内能质量分析与研究

2）对主动配电网中变压器模电线路模荷模型和DG模型进行了研据主动配电网特立了主动配电网评价指标

3）简要介绍了电能质量的一般概念，并分析了电能质量国家标准中规定的6项电能标的定义和危括：

供电电压