智能电网关键技术的研究
智能电网关键技术的研究[20191213105800]
摘 要
随着能源问题在全球范围内的不断加剧,智能电网以其经济、环保、节能、安全等诸多优点受到了广泛的青睐和深入的研究,并具有广阔的推广应用和持续发展前景。因此越来越多的智能电网关键技术研究越来越被人们重视，并且逐渐成为各大研究机构的研究热点。
本文以光伏并网发电为研究对象，重点研究光伏发电系统并网后对于原电网的影响，尤其是对电网的稳定性以及电能质量等各项指标进行研究。研究方法是基于MATLAB开发环境编制了光伏并网发电系统运行动态仿真图。主要步骤为：第一：建立光伏并网发电系统模型图，其次，通过MATLAB编程计算电网潮流，最后基于MATLAB软件实现包含光伏发电系统的电力系统动态仿真。
通过对仿真结果分析发现，在光伏发电系统并入主电网后，电网潮流会出现一定范围的波动，通过加载在光伏发电侧的补偿电容会对电网进行分段式无功补偿，系统在震荡3到4个周期后趋于最优。
通过研究发现对节点进行无功补偿可以是电力系统的潮流趋于最优，有效抑制了电压偏移，促进系统的无功平衡。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:字智能电网光伏发电无功补偿
目 录
摘 要 IV
Abstract V
第一章 绪论 1
一 .引言 1
二．智能电网的概念 1
三．分布式电源接入对智能电网的影响 2
四．我国光伏发电的现状 3
（一）.我国光伏发电的概况： 3
（二）.我国光伏发电的发展 4
五．本文主要研究工作 5
第二章 基于智能电网的光伏发电系统 6
一．引言 6
二．光伏发电的工作原理 6
三．光伏发电分类 7
（一）.独立光伏发电也叫离网光伏发电 7
（二）.并网光伏发电系统 7
四．光伏发电系统组成及作用 8
五．本章小结 9
第三章 复杂电力系统的潮流计算 10
一．引言 10
二．潮流计算的意义 10
三．潮流计算理论 11
四．牛顿——拉夫逊潮流计算 12
（一）.节点电压方程 12
（二）节点导纳矩阵的形成 13
三．节点导纳矩阵的计算 15
四．牛顿——拉夫逊法理论 15
第四章.基于智能电网的光伏并网发电系统潮流分布 20
一．引言 20
二．建立光伏并网发电系统数学模型 20
第五章 MATLAB程序设计及结果分析 26
一．MATLAB简介[38-39] 26
二．光伏发电系统无功优化的MATLAB程序设计 26
三．程序结果分析 28
第六章 论文总结及展望 30
附 录 34
附录一 源程序 34
第一章 绪论
一 .引言
坚强智能电网就是国家电网公司在“2009特高压输电技术国际会议”上提出的名为“坚强智能电网”的发展规划。其核心技术就是传感技术，方法是利用传感器对关键设备例如温度在线监测装置、断路器在线监测 装置、避雷器在线监测、容性设备在线监测等的运行状况进行实时监控获得数据，然后通过网络通信把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，最后通过对数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统的优化管理的目的，智能电网的规划提出，智能电网的建设总共有三个阶段：第一阶段是09年至10年，为系统规划试点阶段，目标是开展规划、筛选出合理的技术以及管理方案、重点攻关关键技术以及关键设备，及各环节试点工作；第二阶段是11年至15年这一阶段是智能电网全面建设的关键阶段，目标为加快特高压电网和城乡配电网建设；第三阶段是2016年至2020年，目标是建成统一的“坚强智能电网”。
“坚强智能电网”的基础是坚强网架，在通信信息平台的支撑下，通过智能的控制手段，对电力系统所包含的发电、输电、变电、配电、用电和调度等六个环节进行优化，覆盖各个等级的电压，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。到2020年，将全面建成统一的“坚强智能电网”，使电网的资源配置能力、安全稳定水平、以及电网与电源和用户之间的互动性得到显著提高，使“坚强智能电网”在服务经济社会发展中发挥更加重要的作用[20]。
二．智能电网的概念
智能电网，就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向的通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行[32]。
三．分布式电源接入对智能电网的影响
对系统规划的影响：分布式电源并入电网，将对传统的配网规划带来较大的复杂性和不确定性。分布式电源增大了区域内负荷增长及分布的预测难度，同时其安装位置的不确定性及固有的间歇性、随机性加剧了配电规划工作的难度;智能配电网规划中，主要需给出分布式电源的最优接入位置及容量，解决可再生能源的友好接入问题，降低配网规划的复杂性，保证配网整体运行的安全性和经济性。
对电网运行的影响：分布式电源接入电网，系统供需平衡被打乱，系统频率将发生变化;分布式电源的启动和停运将造成配电网明显的电压闪变;分布式电源的电压调节及控制将产生开关器件频率附近的谐波分量，造成谐波污染;可见分布式电源并网将对系统电压、电能质量、网络损耗等诸多方面产生负面影响。
对系统保护的影响：目前，我国中低压配网大都是单侧电源、辐射型10kV(35kV)网络，馈线保护装设在变电站内馈线断路器处，采用保护和测控一体化装置，一般配置传统的三段式电流保护，即瞬时电流速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护，采用时间配合的方式实现全线路的保护。上述馈线保护方式只适用于单侧电源供电的辐射状馈线网络。分布式电源接入配电系统后，使配电系统变成多源网络，网络中的潮流分布及故障时短路电流的大小、流向和分布均会发生变化，传统配电网中保护之间的配合关系被打破，保护的动作行为和性能都会受到影响，甚至无法起到保护作用。对基于重合器、分断器的馈线自动化装置可能导致重合器误动、相邻线路的瞬时速断保护误动、分断器计数不正确等。对于这些问题，国内外已经有了广泛的探讨，提出了各种解决办法。一类是改进型的方法，利用现有的保护装置根据分布式电源的接入位置进行分区域设计;另一类是网络式保护，依靠通信网络解决传统保护装置的不足。
四．我国光伏发电的现状
（一）.我国光伏发电的概况：
据前瞻网《2013-2017年中国光伏发电产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》调查数据显示，2011年，全球光伏新增装机容量约为27.5GW，较上年的18.1GW相比，涨幅高达52%，全球累计安装量超过67GW。全球近28GW的总装机量中，有将近20GW的系统安装于欧洲，但增速相对放缓，其中意大利和德国市场占全球装机增长量的55%，分别为7.6GW和7.5GW。2011年以中日印为代表的亚太地区光伏产业市场需求同比增长129%，其装机量分别为2.2GW，1.1GW和350MW。此外，在日趋成熟的北美市场，去年新增安装量约2.1GW，增幅高达84%。
其中中国是全球光伏发电安装量增长最快的国家，2011年的光伏发电安装量比2010年增长了约5倍，2011年电池产量达到20GW，约占全球的65%。截至2011年底，中国共有电池企业约115家，总产能为36.5GW左右。其中产能1GW以上的企业共14家，占总产能的53%；在100MW和1GW之间的企业共63家，占总产能的43%；剩余的38家产能皆在100MW以内，仅占全国总产能的4%。规模、技术、成本的差异化竞争格局逐渐明晰。国内前十家组件生产商的出货量占到电池总产量的60%[21]。
无论从世界还是从 中国来看，常规能源都是很有限的，中国的一次能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的10%。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。
在今后的十几年中，中国光伏发电的市场将会由独立发电系统转向并网发电系统，包括沙漠电站和城市屋顶发电系统。中国太阳能光伏发电发展潜力巨大，配合积极稳定的政策扶持，到2030年光伏装机容量将达1亿千瓦，年发电量可达1300亿千瓦时，相当于少建30多个大型煤电厂。国家未来三年将投资200亿补贴光伏业，中国太阳能光伏发电又迎来了新一轮的快速增长，并吸引了更多的战略投资者融入到这个行业中来。
（二）.我国光伏发电的发展
发展优势:中国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤 ，太阳能资源开发利用 的潜力非常广阔。中国地处北半球 ，南北距离和东西距离都在5000公里以上。在中国广阔的土地上，有着丰富的太阳能资源。大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，西藏 日辐射量最高达每平米7千瓦时。年日照时数 大于2000小时。与同纬度的其他国家相比，与美国相近，比欧洲 、日本优越得多，因而有巨大的开发潜能[23]。
发展历程:中国太阳电池的研究始于1958年，1959年研制成功第1个有实用价值的太阳电池。中国光伏发电产业于20世70年代起步，1971年3月首次成功地应用于我国第2颗卫星上，1973年太阳电池开始在地面应用，1979年开始生产单晶硅太阳电池。20世纪90年代中期后光伏发电进入稳步发展时期，太阳电池及组件产量逐年稳步增加。经过30多年的努力，21世纪初迎来了快速发展的新阶段[22]。
中国的光伏产业的发展有2次跳跃，第一次是在20世纪80年代末，中国的改革开放正处于蓬勃发展时期，国内先后引进了多条太阳电池生产线，使中国的太阳电池生产能力由原来的3个小厂的几百千瓦一下子上升到6个厂的4.5兆瓦，引进的太阳电池生产设备和生产线的投资主要来自中央政府、地方政府、国家工业部委和国家大型企业。第二次光伏产业的大发展在2000年以后，主要是受到国际大环境的影响、国际项目/政府项目的启动和市场的拉动。2002年由国家法改委负责实施的“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程以及2006年实施的送电到村工程均采用了宇翔太阳能光伏发电技术。在这些措施的有力拉动下，中国光伏发电产业迅猛发展的势头日渐明朗[22]。
到2007年年底，中国光伏系统的累计装机容量达到10万千瓦（100MW），从事太阳能电池生产的企业达到50余家，太阳能电池生产能力达到290万千瓦（2900MW），太阳能电池年产量达到1188MW，超过日本和欧洲，并已初步建立起从原材料生产到光伏系统建设等多个环节组成的完整产业链，特别是多晶硅材料生产取得了重大进展，突破了年产千吨大关，冲破了太阳能电池原材料生产的瓶颈制约，为中国光伏发电的规模化发展奠定了基础。2007年是中国太阳能光伏产业快速发展的一年。受益于太阳能产业的长期利好，整个光伏产业出现了前所未有的投资热潮，但也存在诸如投资盲目、恶性竞争、创新不足等问题[22,33]。
发展趋势:今后的十几年中，中国光伏发电的市场将会由独立发电系统转向并网发电系统，包括沙漠电站和城市屋顶发电系统。中国太阳能光伏发电发展潜力巨大，配合积极稳定的政策扶持，到2030年光伏装机容量将达1亿千瓦，年发电量可达1300亿千瓦时，相当于少建30多个大型煤电厂。
五．本文主要研究工作
本文以智能电网为背景，以光伏并网发电为模型，以电压标幺值为参考参数，以MATLAB为研究工具，通过计算比较光伏发电系统并网发电前后电力系统潮流，得出系统是否存在无功功率不平衡导致的节点电压偏移，然后利用补偿电容在并网节点使用分段式无功补偿的方法注入补偿无功功率，最终使节点电压回归到最优值。
摘 要
随着能源问题在全球范围内的不断加剧,智能电网以其经济、环保、节能、安全等诸多优点受到了广泛的青睐和深入的研究,并具有广阔的推广应用和持续发展前景。因此越来越多的智能电网关键技术研究越来越被人们重视，并且逐渐成为各大研究机构的研究热点。
本文以光伏并网发电为研究对象，重点研究光伏发电系统并网后对于原电网的影响，尤其是对电网的稳定性以及电能质量等各项指标进行研究。研究方法是基于MATLAB开发环境编制了光伏并网发电系统运行动态仿真图。主要步骤为：第一：建立光伏并网发电系统模型图，其次，通过MATLAB编程计算电网潮流，最后基于MATLAB软件实现包含光伏发电系统的电力系统动态仿真。
通过对仿真结果分析发现，在光伏发电系统并入主电网后，电网潮流会出现一定范围的波动，通过加载在光伏发电侧的补偿电容会对电网进行分段式无功补偿，系统在震荡3到4个周期后趋于最优。
通过研究发现对节点进行无功补偿可以是电力系统的潮流趋于最优，有效抑制了电压偏移，促进系统的无功平衡。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:字智能电网光伏发电无功补偿
目 录
摘 要 IV
Abstract V
第一章 绪论 1
一 .引言 1
二．智能电网的概念 1
三．分布式电源接入对智能电网的影响 2
四．我国光伏发电的现状 3
（一）.我国光伏发电的概况： 3
（二）.我国光伏发电的发展 4
五．本文主要研究工作 5
第二章 基于智能电网的光伏发电系统 6
一．引言 6
二．光伏发电的工作原理 6
三．光伏发电分类 7
（一）.独立光伏发电也叫离网光伏发电 7
（二）.并网光伏发电系统 7
四．光伏发电系统组成及作用 8
五．本章小结 9
第三章 复杂电力系统的潮流计算 10
一．引言 10
二．潮流计算的意义 10
三．潮流计算理论 11
四．牛顿——拉夫逊潮流计算 12
（一）.节点电压方程 12
（二）节点导纳矩阵的形成 13
三．节点导纳矩阵的计算 15
四．牛顿——拉夫逊法理论 15
第四章.基于智能电网的光伏并网发电系统潮流分布 20
一．引言 20
二．建立光伏并网发电系统数学模型 20
第五章 MATLAB程序设计及结果分析 26
一．MATLAB简介[38-39] 26
二．光伏发电系统无功优化的MATLAB程序设计 26
三．程序结果分析 28
第六章 论文总结及展望 30
附 录 34
附录一 源程序 34
第一章 绪论
一 .引言
坚强智能电网就是国家电网公司在“2009特高压输电技术国际会议”上提出的名为“坚强智能电网”的发展规划。其核心技术就是传感技术，方法是利用传感器对关键设备例如温度在线监测装置
“坚强智能电网”的基础是坚强网架，在通信信息平台的支撑下，通过智能的控制手段，对电力系统所包含的发电、输电、变电、配电、用电和调度等六个环节进行优化，覆盖各个等级的电压，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。到2020年，将全面建成统一的“坚强智能电网”，使电网的资源配置能力、安全稳定水平、以及电网与电源和用户之间的互动性得到显著提高，使“坚强智能电网”在服务经济社会发展中发挥更加重要的作用[20]。
二．智能电网的概念
智能电网，就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向的通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行[32]。
三．分布式电源接入对智能电网的影响
对系统规划的影响：分布式电源并入电网，将对传统的配网规划带来较大的复杂性和不确定性。分布式电源增大了区域内负荷增长及分布的预测难度，同时其安装位置的不确定性及固有的间歇性、随机性加剧了配电规划工作的难度;智能配电网规划中，主要需给出分布式电源的最优接入位置及容量，解决可再生能源的友好接入问题，降低配网规划的复杂性，保证配网整体运行的安全性和经济性。
对电网运行的影响：分布式电源接入电网，系统供需平衡被打乱，系统频率将发生变化;分布式电源的启动和停运将造成配电网明显的电压闪变;分布式电源的电压调节及控制将产生开关器件频率附近的谐波分量，造成谐波污染;可见分布式电源并网将对系统电压、电能质量、网络损耗等诸多方面产生负面影响。
对系统保护的影响：目前，我国中低压配网大都是单侧电源、辐射型10kV(35kV)网络，馈线保护装设在变电站内馈线断路器处，采用保护和测控一体化装置，一般配置传统的三段式电流保护，即瞬时电流速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护，采用时间配合的方式实现全线路的保护。上述馈线保护方式只适用于单侧电源供电的辐射状馈线网络。分布式电源接入配电系统后，使配电系统变成多源网络，网络中的潮流分布及故障时短路电流的大小、流向和分布均会发生变化，传统配电网中保护之间的配合关系被打破，保护的动作行为和性能都会受到影响，甚至无法起到保护作用。对基于重合器、分断器的馈线自动化装置可能导致重合器误动、相邻线路的瞬时速断保护误动、分断器计数不正确等。对于这些问题，国内外已经有了广泛的探讨，提出了各种解决办法。一类是改进型的方法，利用现有的保护装置根据分布式电源的接入位置进行分区域设计;另一类是网络式保护，依靠通信网络解决传统保护装置的不足。
四．我国光伏发电的现状
（一）.我国光伏发电的概况：
据前瞻网《2013-2017年中国光伏发电产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》调查数据显示，2011年，全球光伏新增装机容量约为27.5GW，较上年的18.1GW相比，涨幅高达52%，全球累计安装量超过67GW。全球近28GW的总装机量中，有将近20GW的系统安装于欧洲，但增速相对放缓，其中意大利和德国市场占全球装机增长量的55%，分别为7.6GW和7.5GW。2011年以中日印为代表的亚太地区光伏产业市场需求同比增长129%，其装机量分别为2.2GW，1.1GW和350MW。此外，在日趋成熟的北美市场，去年新增安装量约2.1GW，增幅高达84%。
其中中国是全球光伏发电安装量增长最快的国家，2011年的光伏发电安装量比2010年增长了约5倍，2011年电池产量达到20GW，约占全球的65%。截至2011年底，中国共有电池企业约115家，总产能为36.5GW左右。其中产能1GW以上的企业共14家，占总产能的53%；在100MW和1GW之间的企业共63家，占总产能的43%；剩余的38家产能皆在100MW以内，仅占全国总产能的4%。规模、技术、成本的差异化竞争格局逐渐明晰。国内前十家组件生产商的出货量占到电池总产量的60%[21]。
无论从世界还是从 中国来看，常规能源都是很有限的，中国的一次能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的10%。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。
在今后的十几年中，中国光伏发电的市场将会由独立发电系统转向并网发电系统，包括沙漠电站和城市屋顶发电系统。中国太阳能光伏发电发展潜力巨大，配合积极稳定的政策扶持，到2030年光伏装机容量将达1亿千瓦，年发电量可达1300亿千瓦时，相当于少建30多个大型煤电厂。国家未来三年将投资200亿补贴光伏业，中国太阳能光伏发电又迎来了新一轮的快速增长，并吸引了更多的战略投资者融入到这个行业中来。
（二）.我国光伏发电的发展
发展优势:中国太阳能资源
发展历程:中国太阳电池的研究始于1958年，1959年研制成功第1个有实用价值的太阳电池。中国光伏发电产业于20世70年代起步，1971年3月首次成功地应用于我国第2颗卫星上，1973年太阳电池开始在地面应用，1979年开始生产单晶硅太阳电池。20世纪90年代中期后光伏发电进入稳步发展时期，太阳电池及组件产量逐年稳步增加。经过30多年的努力，21世纪初迎来了快速发展的新阶段[22]。
中国的光伏产业的发展有2次跳跃，第一次是在20世纪80年代末，中国的改革开放正处于蓬勃发展时期，国内先后引进了多条太阳电池生产线，使中国的太阳电池生产能力由原来的3个小厂的几百千瓦一下子上升到6个厂的4.5兆瓦，引进的太阳电池生产设备和生产线的投资主要来自中央政府、地方政府、国家工业部委和国家大型企业。第二次光伏产业的大发展在2000年以后，主要是受到国际大环境的影响、国际项目/政府项目的启动和市场的拉动。2002年由国家法改委负责实施的“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程以及2006年实施的送电到村工程均采用了宇翔太阳能光伏发电技术。在这些措施的有力拉动下，中国光伏发电产业迅猛发展的势头日渐明朗[22]。
到2007年年底，中国光伏系统的累计装机容量达到10万千瓦（100MW），从事太阳能电池生产的企业达到50余家，太阳能电池生产能力达到290万千瓦（2900MW），太阳能电池年产量达到1188MW，超过日本和欧洲，并已初步建立起从原材料生产到光伏系统建设等多个环节组成的完整产业链，特别是多晶硅材料生产取得了重大进展，突破了年产千吨大关，冲破了太阳能电池原材料生产的瓶颈制约，为中国光伏发电的规模化发展奠定了基础。2007年是中国太阳能光伏产业快速发展的一年。受益于太阳能产业的长期利好，整个光伏产业出现了前所未有的投资热潮，但也存在诸如投资盲目、恶性竞争、创新不足等问题[22,33]。
发展趋势:今后的十几年中，中国光伏发电的市场将会由独立发电系统转向并网发电系统，包括沙漠电站和城市屋顶发电系统。中国太阳能光伏发电发展潜力巨大，配合积极稳定的政策扶持，到2030年光伏装机容量将达1亿千瓦，年发电量可达1300亿千瓦时，相当于少建30多个大型煤电厂。
五．本文主要研究工作
本文以智能电网为背景，以光伏并网发电为模型，以电压标幺值为参考参数，以MATLAB为研究工具，通过计算比较光伏发电系统并网发电前后电力系统潮流，得出系统是否存在无功功率不平衡导致的节点电压偏移，然后利用补偿电容在并网节点使用分段式无功补偿的方法注入补偿无功功率，最终使节点电压回归到最优值。
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