CN106911134A - 一种平抑配电网负荷母线电压波动的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种平抑配电网负荷母线电压波动的方法及系统,当负荷母线电压负向波动时,则通过调节分布式电源的输出功率平抑负荷母线电压波动,若分布式电源的输出功率仍不能平抑负荷母线电压波动至允许的范围内,则通过投入柔性线路,调节其电阻和电抗,平抑负荷母线电压波动;若负荷母线电压正向波动,则通过投入柔性负荷,平抑负荷母线电压的波动;若投入柔性负荷不能平抑负荷母线电压波动,通过降低分布式发电的输出功率进行平抑负荷母线电压波动。本发明提高了可再生能源的利用率,在负荷母线电压波动时有效的平抑了负荷母线电压的波动;在满足负荷对电压需求的同时,提高了平抑负荷母线电压波动的灵活性,保证了电网的稳定运行。

Description

一种平抑配电网负荷母线电压波动的方法及系统
技术领域
本发明属于配电网技术领域,特别涉及一种平抑配电网负荷母线电压波动的方法及系统。
背景技术
随着社会经济的飞速发展,世界各国对能源的需求与日俱增,电能以其独特的优势在人们工作和生活中起着不可替代的作用,电能的消费持续增长,世界电力工业已出现了由传统的集中供电模式向集中和分散相结合的供电模式过度的趋势。分布式可再生能源发电凭借其在环保和新能源方面的优势在经济社会发展中起着重要作用,且随着国家对环境保护的日益重视,基于可再生能源的分布式发电被大力推广应用,越来越多的分布式电源(DR,Distributed Resource)接入到配电网中。分布式可再生能源发电是指发电量相对较小,分散布置在负荷现场或附近,充分利用各种形式的可再生能源进行发电的一类分布式发电,包括太阳能发电、风力发电等。分布式发电可在发电系统正常运行或故障产生“孤岛”的情况下为负荷不间断供电,提高了电网的可靠性,同时缓解了能源危机。
由于可再生能源的特点使得分布式电源的输出功率出现随机性和波动性,因此分布式电源接入配电网后,必然会对配电网的输送功率和电压波动造成影响。此外,不同类型负荷接入配电网,又使得对配电网电压波动范围产生了不同的需求。传统配电网一般呈辐射状,稳态运行情况下,沿馈线潮流方向,电压逐渐降低。在分布式电源接入配电网后,配电网络由辐射状的网络变成电源和用户互联的有源网络,分布式电源输出功率的波动引起馈线中有功功率、无功功率的变化,从而对配电网电压分布造成影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种平抑配电网负荷母线电压波动的方法及系统,用于解决由于配电网负荷母线电压波动造成电网不能稳定运行的问题。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:
一种平抑配电网负荷母线电压波动的方法,该方法包括以下步骤:
1)当负荷母线电压负向波动超出设定负荷母线电压波动的范围时,通过增大分布式电源的输出功率来平抑负荷电压波动;
2)若分布式电源的输出功率不能平抑负荷母线电压至设定的负荷母线电压波动范围,则通过投入与正常输电线路并联的柔性线路,调节柔性线路的电阻和电抗来平抑负荷母线电压波动;所述柔性线路是设置有自由投切的电阻和电抗的线路;
3)当分布式电源输入配电网的功率大于负荷功率且负荷母线电压正向波动时,通过投入柔性负荷,调节负荷的总功率来平抑负荷电压波动;所述柔性负荷是用电量可在指定区间内变化或在不同时段内自由投切的负荷。
进一步地,当投入柔性负荷不能实现平抑负荷母线电压波动的目标时,则保持此时柔性负荷功率不变,通过降低分布式发电的输出功率进行平抑负荷母线电压波动。
进一步地,当负荷母线电压波动的范围未超出设定的负荷母线电压波动范围,则由配电网通过正常输电线路向负荷进行供电。
进一步地,当通过投入柔性线路使负荷母线电压平抑至设定的负荷母线电压波动的范围时,若负荷功率减小或分布式电源出力增大造成负荷母线电压波动值变小,则调节柔性线路的阻抗值或切除柔性线路。
本发明还提供了一种配电网系统,负荷母线连接有输电线路、分布式电源和重要负荷,所述输电线路还并联有柔性线路;所述负荷母线还连接有柔性负荷;所述柔性线路是设置有自由投切电阻和电抗的线路,所述柔性负荷是用电量可在指定区间内变化或在不同时段内自由投切的负荷。
本发明的有益效果是:
本发明的一种平抑配电网负荷母线电压波动的方法,根据配电网负荷母线电压波动的情况,当负荷母线电压负向波动时,则通过调节分布式电源的输出功率平抑负荷母线电压波动;若分布式电源的输出功率仍不能平抑负荷母线电压波动至允许的范围内,则通过投入柔性线路,调节其电阻和电抗,平抑负荷母线电压波动;若负荷母线电压正向波动,则通过投入柔性负荷,改变负荷的总功率,平抑负荷母线电压的波动;若投入柔性负荷不能实现平抑负荷母线电压波动的目标,则保持此时柔性负荷功率不变,通过降低分布式发电的输出功率进行平抑负荷母线电压波动。本发明的方法提高了可再生能源的利用率,在负荷母线电压波动时有效的平抑了负荷母线电压的波动,且在满足负荷对电压需求的同时,提高了平抑负荷母线电压波动的灵活性,保证了电网的稳定运行。
本发明的一种配电网系统,负荷母线连接有输电线路、分布式电源和重要负荷,输电线路还并联有柔性线路;负荷母线还连接有柔性负荷;柔性线路是设置有自由投切电阻和电抗的线路,柔性负荷是用电量可在指定区间内变化或在不同时段内自由投切的负荷。该配电网系统提高了可再生能源的利用率,在负荷母线电压波动时有效的平抑了负荷母线电压的波动,在满足负荷对电压需求的同时,提高了平抑负荷母线电压波动的灵活性,保证了电网的稳定运行。
附图说明
图1为本发明的配电网架构示意图;
图2为本发明的平抑配电网母线电压波动整体流程图;
图3为本发明的配电网等值电路示意图;
图4为本发明的平抑配电网母线电压负向波动流程图;
图5为本发明的平抑配电网母线电压正向波动流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明:
本发明的一种配电网系统,如图1所示该配电网系统的负荷母线输入端连接有正常输电线路,所述负荷母线输入端还连接有与正常输电线路并联连接的柔性输电线路,负荷母线输出端连接有分布式电源、重要负荷和柔性负荷。本发明的配电网系统旨在提供一种平抑配电网负荷母线电压波动的方法。
本发明的一种平抑配电网负荷母线电压波动的方法的实施例:
一种平抑配电网负荷母线电压波动的方法,主要应用于配电网领域中,由于电压发生了偏差造成电压波动,电压偏差是实际运行电压与系统额定电压的偏差数值,根据理论分析,该偏差数值涉及系统传输的有功功率与系统综合电阻的乘积、系统传输的无功功率与系统综合电抗的乘积两方面的因素,因此,通过改变配电网所传输的功率和综合阻抗以及负荷大小,可改变配电网线路电压损耗,从而能够平抑配电网负荷母线电压在允许的范围内波动,满足负荷对电压的需求,具体的包括以下步骤,如图2所示:
1、在分布式电源输入配电网功率小于负荷功率的情况下,若重要负荷母线电压波动在允许的范围内,则由配电网通过输电线路向负荷进行供电;若负荷母线电压超出负荷电压允许的范围且负向波动时,则通过增大分布式电源的输出功率,减小输电线路的电压损失,实现平抑负荷母线电压在允许的范围;若调节分布式电源的输出功率仍不能平抑负荷母线电压至允许的范围,则通过投入柔性线路,调节其电阻和电抗,改变输电线路的总电阻和总电抗,减小输电线路的总电压损失,平抑负荷母线电压波动;当通过调节分布式电源能够平抑负荷母线电压至允许的范围时,则整个系统保持稳定运行;若在柔性线路投入后系统运行的过程中,由于负荷功率减小或分布式电源出力增大造成负荷母线电压波动值变小,此时在满足负荷母线电压在允许的范围内时则逐渐改变柔性线路的阻抗值或切除柔性线路,以降低输电线路的功率损耗。
2、在分布式电源输入配电网功率大于负荷功率的情况下,若负荷母线电压超出允许的范围,则投入柔性负荷,改变负荷的总功率,减小输电线路的总电压损失,实现平抑负荷母线电压波动;若投入柔性负荷不能实现平抑负荷母线电压波动的目标,则保持此时柔性负荷功率不变,通过降低分布式发电的输出功率进行平抑负荷母线电压波动。
上述中,重要负荷指对电能质量的要求较高,供电电压必须在其所需电压的允许范围内才能正常工作;柔性线路是指其可以自由投切,电阻和电抗能够灵活改变的线路;柔性负荷是指用电量可在指定区间内变化或在不同时段间自由投切的负荷;负荷母线电压负向波动是指负荷母线实际电压小于系统额定电压的波动;负荷母线电压正向波动是指负荷母线实际电压大于系统额定电压的波动。
本发明的配电网架构示意图,如图3所示,主要由输电线路Y1、柔性线路Y2、母线、DR、重要负荷L1和柔性负荷L2以及相关的断路器等构成,在配电网负荷侧母线接入DR;输电线路Y1上的总电阻表示为R1、总电抗表示为X1,柔性线路Y2上的的总电阻表示为R2、总阻抗表示为X2,分布式电源的输出功率表示为PDR+jQDR,重要负荷L1功率表示为PL1+jQL1,柔性负荷L2功率表示为PL2+jQL2,下面结合附图3对本发明的负荷母线电压波动的平抑方法作出具体说明:
1)根据附图3的本发明配电网的等值电路,得到其等值电路如图3所示,负荷母线处的实际电压U利用下述公式得到:
其中,UN为输电线路所在系统的额定电压;PL和QL分别为负荷的总有功功率和总无功功率;PDR和QDR分别为分布式电源的有功功率和无功功率;R和X分别为输电线路的电阻和电抗。
2)配电自动化系统主站采集配电网的运行数据,在分布式电源输入配电网功率小于负荷功率的情况下,配电自动化系统主站分析配电网运行数据后,若负荷母线电压Umin≤U≤UN(Umin为重要负荷正常运行时负荷母线允许的最小电压),说明负荷母线电压的波动在允许的范围内,此时分布式电源DR和重要负荷L1正常运行,只需配电网通过输电线路Y1向负荷进行供电;否则负荷母线电压超过电压波动允许的范围即U<Umin,此时负荷母线电压发生负向波动,根据公式(1)在保持负荷L1功率和输电线路阻抗不变的情况下增大分布式电源DR的输出功率,使其满足式(2)的关系,以减小输电线路电压损失,平抑负荷母线电压至允许的范围内;若分布式电源DR平抑负荷母线电压波动的能力不足,即不能维持负荷母线电压为Umin≤U≤UN,则在保持负荷L1和此时分布式电源DR功率不变的情况下,投入柔性线路Y2,通过调节其电阻和电抗且满足式(3)的关系,实现平抑负荷母线电压至允许的范围内即Umin≤U≤UN,以保障DR和重要负荷的正常运行,上述调节流程如图4所示。
PL1·R1+QL1·X1-10UN·(UN-Umin)≤PDR·R1+QDR·X1≤PL1·R1+QL1·X1 (2)
0≤(PL1-PDR)R+(QL1-QDR)·X≤10UN·(UN-Umin) (3)
式(3)中,
3)在分布式电源输入配电网功率大于负荷功率的情况下,配电自动化系统主站分析配电网运行数据后,若负荷母线电压UN≤U≤Umax(Umax为重要负荷正常运行时负荷母线允许的最大电压),此时,分布式电源DR和重要负荷正常运行;若负荷母线电压超出电压波动允许的范围即Umax<U,则说明负荷母线电压发生正向波动,此时投入柔性负荷L2,在负荷L1和分布式电源DR功率、输电线路Y1阻抗不变的情况下,调节柔性负荷L2的有功功率和无功功率,且满足式(4)的关系,进而改变负荷总有功功率和总无功功率,减小输电线路的电压损失,平抑负荷母线电压至允许的范围内即UN≤U≤Umax,保障DR和重要负荷L1的正常运行;若投入柔性负荷不能实现平抑负荷母线电压波动的目标,则保持此时柔性负荷功率不变,通过降低分布式电源DR的输出功率且满足式(5)的关系,进行平抑负荷母线电压波动。上述调节流程如图5所示。
PL·R1+QL·X1≤PDR·R1+QDR·X1≤PL·R1+QL·X1-10UN·(UN-Umax) (5)
其中,PL=PL1+PL2,QL=QL1+QL2
以上给出了具体的实施方式,但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案,对本领域普通技术人员而言,根据本发明的教导,设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种平抑配电网负荷母线电压波动的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
1)当负荷母线电压负向波动超出设定负荷母线电压波动的范围时,通过增大分布式电源的输出功率来平抑负荷电压波动;
2)若分布式电源的输出功率不能平抑负荷母线电压至设定的负荷母线电压波动范围,则通过投入与正常输电线路并联的柔性线路,调节柔性线路的电阻和电抗来平抑负荷母线电压波动;所述柔性线路是设置有自由投切的电阻和电抗的线路;
3)当分布式电源输入配电网的功率大于负荷功率且负荷母线电压正向波动时,通过投入柔性负荷,调节负荷的总功率来平抑负荷电压波动;所述柔性负荷是用电量可在指定区间内变化或在不同时段内自由投切的负荷。
2.根据权利要求1所述的平抑配电网负荷母线电压波动的方法,其特征在于,当投入柔性负荷不能实现平抑负荷母线电压波动的目标时,则保持此时柔性负荷功率不变,通过降低分布式发电的输出功率进行平抑负荷母线电压波动。
3.根据权利要求1所述的平抑配电网负荷母线电压波动的方法,其特征在于,当负荷母线电压波动的范围未超出设定的负荷母线电压波动范围,则由配电网通过正常输电线路向负荷进行供电。
4.根据权利要求1所述的平抑配电网负荷母线电压波动的方法,其特征在于,当通过投入柔性线路使负荷母线电压平抑至设定的负荷母线电压波动的范围时,若负荷功率减小或分布式电源出力增大造成负荷母线电压波动值变小,则调节柔性线路的阻抗值或切除柔性线路。
5.一种配电网系统,负荷母线连接有输电线路、分布式电源和重要负荷,其特征在于,所述输电线路还并联有柔性线路;所述负荷母线还连接有柔性负荷;所述柔性线路是设置有自由投切电阻和电抗的线路,所述柔性负荷是用电量可在指定区间内变化或在不同时段内自由投切的负荷。
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