毕业设计(论文)分布式光伏电源接入配电网型设计与优化分析研究.pdf
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1、国内图书分类号:TM715 国际图书分类号:621.3学校代码:10079 密级:公开专业硕士学位论文分布式光伏电源接入配电网典型设计与优 化分析研究 授予学位单位:华北电力大学华北电力大学硕士学位论文摘 要分布式光伏电源的推广应用是逐步提高太阳能这一可再生能源得到有效利 用的重要途径。随着我国光伏产业以及逆变器制造工艺的迅猛发展和不断提高,分布式光伏电源以其针对性强、可靠性高等优势,在电力系统中得到越来越多的 应用。其中,在综合考虑光伏电源出力特性及与配电网运行相互影响的基础上,来科学地制定并网方案,并合理地予以优化,指导分布式光伏电源有序、可控的 接入城市配电网,是分布式光伏电源应用推广的
2、关键技术之一,也是本文研究的 重点。本文首先开展了分布式光伏电源并网特性的分析研究,以及分布式光伏电源 并网与配电网之间交互影响的分析研究。在此基础上,提出了分布式电源并网的 典型设计方案,明确了分布式光伏电源的分类和并网电压等级、各节点的准入功 率,以及并网点与公共连接点的技术要求、配电设备选型的技术标准、保护及自 动化配置方案、通信与监测以及电能计量等方面的管理要求。为满足大量分布式 光伏电源并网的需求,进一步提高光伏电源的利用效率,本文从规划的角度出发,进行了大量分布式光伏电源并网的综合效益分析,以及随着光伏电源渗透率的提 高,对配电网供电可靠性的影响,总结归纳了分布式光伏电源接入配电网
3、的技术 要求和管理要求。分布式光伏电源接入配电网典型设计的制定,对推广大量分布 式光伏电源接入配电网系统,具有重要的理论价值和实践依据,对分布式光伏电 源的接入系统设计、审查以及运行、维护,具有较强的指导意义.研究对分布式光伏电源接入配电网优化的几种途径,如降低最小负荷对光伏 渗透率极限的影响、负荷转移对光伏渗透率的影响、储能技术对光伏渗透率的影 响,并通过运用RAMSES软件对分布式光伏电源并网的可靠性进行分析。通过 研究光伏渗透率,了解当前和未来条件下配电网的光伏接纳能力,对优化接入方 式、寻找改进措施具有一定的现实意义。并分析了分布式光伏电源并网的社会效 益、环保效益、经济效益等方面。最
4、后,对今后的进一步研究方向进行了简单的探讨。关键词:分布式电源;电能质量;接入;配电;设计华北电力大学硕上学位论文AbstractThe wide spread use of Distributed photov oltaic power supply is the most important way of boosting application of the renewable solar energy.As the PV power industry and inv erter manufacturing technique dev elop and improv e rapidly,
5、photov oltaic power is widely applied to the power system because of its high reliability and pertinence.Based on the comprehensiv e consideration of interaction between PV power contribution characteristic and distribution grid operation,these are the key technology to be spreaded as to formulate g
6、rid plan scientifically,and guide distributed photov oltaic power supply integrated to the distribution grid orderly and under control.This paper firstly conducted the analysis and research on the characteristics of PV power integrated to the grid,interaction between the PV and distribution grid aft
7、er integration.Under the abov e basis,the paper puts forward the typical grid design scheme for distributed PV power,and confirms classification of photov oltaic(PV)system,v oltage grade of interconnection,penetration lev el,requirements of PV Point of Interconnection(POI)and Point of Common Couplin
8、g(PCC),requirements of distribution equipment selection*automatic protection and safety dev ice communication and monitoring as well as electric energy measurement.In order to satisfy the requirements of integration of abundant distributed PV power and raising the usage efficiency of PV power,this p
9、aper conducted a lot of comprehensiv e benefit analysis on the perspectiv e of programming,analysis on the influence to the reliability to the distribution grid as the energy permeability rising,and concluded the technical standards and management requirements of grid-connected PV power station.The
10、establishment of typical design for integration of distributed PV power to distribution grid has theoretical and practical importance for popularizing the huge integration of distributed PV power,and strongly guided the engineering,rev iewing operating,and maintenanceThe paper supplied sev eral ways
11、 of optimizing the integration of distributed PV power to distribution grid,as reducing the influence of lowest load to energy permeability limit,and influence of load transfer to energy permeability limit,analyzed the reliability of integrating the distributed PV power to distributed grid by RAMSES
12、 software.By study the energy permeability,to get the acceptance capacity of distribution grid,which was important to optimizing the connecting way,improv ing the measures.The paper analyzed social benefits,env ironmental interconnection of aspects of benefits and economic benefits of distributed 华北
13、电力大学硕士学位论文photov oltaic power integration to the distribution grid.In the end,the paper simply nanates direction of further study of integration of distributed PV power to the distributed grid.Keywords:Distributed generators;power quality;Integration;Power Distribution;Engineering;Reliability result
14、ill华北电力大学硕士学位论文目录摘要.IAbstract.II第1章绪论.11研究的目的与意义.11.2 国内外研究现状.21.2.1 国外现状.21.2.2 国内现状.31.2.3 分布式光伏发电系统的并网技术标准现状.41.3 分布式光伏电源并网产生的问题.61.4 本文所做的主要研究工作.6第2章分布式光伏电源并网特性分析.82.1 光伏电站发电原理及分布式光伏电站内部结构.82.2 光伏电源的出力特性.102.2.1 日最大输出功率和日有效输出功率.102.2.2 日运行小时数和日有效运行小时数.112.2.3 持续出力特性.122.2.4 相邻时段输出功率的变化.122.3 本章小
15、结.13第3章分布式光伏电源与配电网的交互影响.143.1 分布式光伏电源接入配电网典型网架.143.1.1 网架结构和参数.163.1.2 运行模式.163.1.3 光伏电源分布原则.163.2 光伏接入对电力系统的影响.173.2.1 地区负荷分布情况分析.173.2.2 杭州地区光伏输出采样分布情况分析.193.2.3 光伏并网对净负荷的影响.20IV华北电力大学硕士学位论文3.3 分布式光伏电源并网对配电网的影响.223.3.1 对系统电压的影响.223.3.2 对电能质量的影响.23333对配电网安全的影响.243.3.4 对短路电流的贡献.253.3.5 非正常孤岛.263.3.6
16、 对系统保护的影响.263.3.7 对损耗的影响.273.3.8 分布式电源对配电网规划的影响.273.4 配电网对分布式光伏电源并网的影响.283.4.1 配电网电压跌落对PV的影响.283.4.2 配电网电压骤升对PV的影响.293.4.3 配电网短路对PV的影响.303.4.4 配电网谐波对PV的影响.30 3.5 本章小结.30第4章 分布式光伏电源并网的典型设计方案.314.1 配电网接纳分布式光伏电源能力分析.314.1.1 光伏电源接入容量和位置对配电潮流的影响.314.1.2 光伏渗透率对光伏利用率和光伏发电成本的影响.354.1.3 光伏渗透率对光伏利用小时数的影响.374.
17、1.4 光伏渗透率对光伏安装容量的影响.374.2 分布式光伏电源准入原则.394.2.1 分布式光伏电源接入配电网的准入容量.394.2.2 光伏电站接入方式的选择.394.3 分布式光伏电源并网的技术要求.404.3.1 保护及安全自动装置.414.3.2 系统侧保护.414.3.3 并网断路器保护.414.3.4 通信与监测.424.3.5 电能计量.424.4 光伏电源接入系统典型设计方案及应用.424.5 本章小结.43第5章 分布式光伏电源并网能力优化分析.47华北电力大学硕士学位论文5.1 降低最小负荷对光伏渗透率极限的影响.475.2 负荷转移对光伏渗透率的影响.475.3 储
18、能技术对光伏渗透率的影响.495.3.1 储能模型的基本假设.505.3.2 储能对光伏渗透率极限的影响.505.4 分布式光伏电源并网可靠性分析.515.4.1 RAMSES 软件简介.515.4.2 基于RAMSES软件的可靠性结果分析.525.5 本章小结.56第6章 分布式光伏电源并网的综合效益分析.576.1 社会效益.576.2 环保效益.576.3 经济效益.586.4 成果推广应用前景及预计效益分析.586.5 本章小结.58第7章总结与展望.597.1 研究成果总结.597.2 进一步研究方向.59参考文献.61攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果.64致谢.65作者简 介.
19、66VI华北电力大学硕士学位论文第1章绪论1.1 研究的目的与意义人类在21世纪面临着经济和社会可持续发展的双重挑战,利用可再生的清洁能源 是在有限资源和环保要求的双重制约下有效发展经济的重要途径。太阳能作为清洁、可 再生能源的典型代表,具有资源丰富、分布范围广、易于开发、对环境无污染等优点,开发利用太阳能具有重大的战略意义和良好的经济效益与社会效益,已经吸引了越来越 多的关注。据测算,1年内到达地球表面的太阳能总量是目前世界已探明储量能源的一万多倍.我国属于太阳能能源较为丰富的国家之一,全国国土面积2/3以上的地区每年日照时数 大于2000小时,仅陆地面积每年接受的太阳辐射能就约等于几万个三
20、峡工程发电量的 总和。开发利用太阳能的主要途径是光伏发电,光伏发电是将照射到太阳电池上的光产 生光伏效应,直接转换成直流电输出。一般由太阳电池方阵及支架、蓄电池、控制器,逆变器等部件组成。其缺点为间歇性,受气候条件影响;能量密度低;单位千瓦投资较 高。但太阳能是半永久性能源,地球上随处可得、用之不竭,又是清洁无污染的和无偿 的。因此,太阳能发电被公认为最有发展前途的新能源之一,受到人们的高度重视。近 年来,光伏电池产量迅速增加,成本下降,并且光伏联网市场增长迅猛,世界联网市场 用户已占光伏产业容量的50%以上。光伏发电虽然具有如下的优点:(1)真正的无污染排放、不破坏环境的可持续发展的绿色能源
21、;(2)设备由于无转动部分而运行可靠;(3)利用场合广泛和灵活,既可以独立于电网运行,也可以与电网并网运行;(4)独立于电网为偏远地区进行电力供应;(5)作为提高电力用户供电可靠性或提高电能质量的不停电电源;(6)接近负荷中心,减少输配电网的传输功率,从而减少或推迟输配电线路的建设 和更新;(7)降低电网线损,在负荷中心建立电源支点。这些优点都是常规发电和其它发电方式所不能比拟的,而且使用太阳能光伏发电可 以既不为核电站可能发生的核泄露事故而烦恼,也不必为水电站的堤坝可能在战争或地 震中崩溃而担忧.华北电力大学硕士学位论文2009年3月,为了贯彻实施可再生能源法,落实国务院节能减排战略部署,加
22、 快太阳能光电技术在城乡建筑领域的应用,有效缓解光电产品国内应用不足的问题,国 家财政部、建设部联合制定了太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法,中 央财政从可再生能源专项资金中安排部分资金,支持开展光电建筑应用示范,实施“太 阳能屋顶计划我国可再生能源规划2015年达到能源消耗总量的10%,2020年达到15%。近期,浙江省政府出台了加快光伏等可再生能源推广应用的若干意见,规划浙江省未来三年实 现六个一百和一个示范工程。最近,一大批以光伏为主的可再生能源的项目申请已获批 准。大量分布式光伏电源接入配电网,一方面可以有效地缓解了我国对能源需求量巨大 的国家的用电紧张局面;另一方面又不可避免
23、地造成了对传统电网的影响。大量分布式 光伏电源接入将对配电网的电压、稳定性、电能质量、继电保护等带来诸多影响,如何 以积极的姿态应对大量可再生能源接入系统所带来的影响,如何确保大量分布式光伏电 源接入后整个电网的安全稳定运行,如何开展光伏电源并网研究以了解太阳能的特性及 其与电网的相互作用,已成为电力公司所面临的重要课题。1.2 国内外研究现状光伏发电系统依其特点可分为独立和并网运行2种类型,其中并网光伏发电系统所 发电力直接进入电网,省掉了储能的蓄电池组,因而可使其成本相比独立运行系统下降 18%左右。将光伏发电系统与建筑相结合,可并入电网或配备少量蓄电池,达到了降低 建筑造价及光伏发电系统
24、造价的目的,其前景诱人。1.2.1 国外现状1997年美国宣布,为了达到2010年使温室气体排放量比1990年减少7%的目标,采取的一项重要措施是实施“百万太阳能屋顶计划”,目标是到2010年要在全国的住宅、学校、商业建筑、和政府机关办公楼屋顶上安装101.4万套太阳能装置,光伏组件累计 用量将达到3025MW,产生的电力相当于新建35个燃煤的发电厂,通过大规模应用 将促使光伏组件成本下降、光伏发电价格将从1997年的22美分/度,到2010年降至 7.7美分/度。美国能源部(DOE)发表的20002020年光伏产业指南提出的目标是:保持太阳电池生产25%的年增长率;在2020年太阳电池产量为
25、7GW,其中在国内安装3.2GW;华北电力大学硕十学位论文降低用户端光伏系统的成本(包括运行和维护),2010年将降为3美元/W,2020年 要进一步降到L5美元/W。为了减少温室气体的排放,推广利用新能源,1990年德国率先提出并实施“一千屋 顶计划”,在居民住宅屋顶上安装容量为15KW的光伏并网系统,由于采取了一些优 惠政策,项目结束时共安装了屋顶光伏系统2056套。以此为契机,德国在1995年安装 了光伏系统容量5MW,1996年增加了一倍,达到10MW,1999年扩大为15.6MW。1999年1月德国开始实施“十万屋顶计划2000年安装光伏容量超过40MW。现在德 国的光伏市场己从探索
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