电网接纳光伏电站并网运行的适应性及对策研究

【摘要】：光伏发电具有不受煤炭、石油等一次能源短缺影响、绿色环保、控制方式灵活、不受交通等外界因素制约等优点,是目前城市电网供电系统电源的很好补充和替代,在未来必将成为非常重要的发电技术。虽然其建设成本相对较高,但是随着相关技术的快速发展,光伏发电成本已经呈现快速下降趋势,而且光伏发电不需要原材料输入,以长期经济性来衡量,目前光伏发电的成本经济性已经逼近火力发电。根据国内外权威机构预测,光伏发电量占总发电量的比重呈现加速增长态势,在未来电力系统发电模式中,光伏发电将占据越来越重要的地位。 当前,由于缺乏对大容量光伏电站运行特性、控制策略以及光伏电站并网后对电网的影响及对策等方面的深入研究,严重阻碍了大容量光伏发电的快速发展。本论文对此进行了较为深入的研究,主要工作如下： (1)建立了大规模光伏电站的整体数学模型及实现并网仿真计算。 针对单个光伏电池模型、单个斩波或逆变器模型以及最大功率点跟踪(MPPT)算法已有比较详细的数学模型,但是大规模光伏电站整体统一的数学建模尚未见。本文对并网光伏电站进行深入的理论研究和实验分析,建立了MW级光伏电站整体统一的静态模型与动态模型。并利用此模型对一实际的含10MW光伏电站的配电网络进行了仿真分析,光伏电站整体模型的建立为含光伏电站电力系统的安全稳定分析、潮流分析、电压分析、短路分析、保护配置方案、配网规划等一揽子关键问题提供了基础。 (2)并网光伏电站的动态过程利用微分和代数方程组描述,并提出了并网光伏电站在最大功率跟踪(maximum power point tracking, MPPT)控制方式和定功率控制(constant power control, CPC)方式下的系统稳定性判据,该判据仅由光伏阵列出口测量的电压和功率数据即可充分判断光伏电站系统的稳定性,为实施稳定性检测和控制提供了理论依据。以济南市某实际并网光伏电站为算例,验证了所建光伏电站动态模型和所提出的稳定性判据的正确性和可行性。 (3)光伏电站接入配电网后,配电网原有保护设备的保护范围、选择性灵敏性、可靠性都受到严重影响,甚至是完全失效。同时光伏电站运行特性受自然条件(如光照强度、环境温度、风速等多种不可控因素)影响具有随机性,从而导致配电网的故障电流难以预测。本文从光伏电站接入配电网后的配网结构和各电源故障电流分布特点出发,着重考虑了光伏电站运行特性,提出了一种适合多分布式电源接入的配电网保护方案。该方案不受分布式电源的接入数量、容量和位置影响,能较好地实现故障检测、隔离。以某实际含10MW光伏电站的配电网系统为算例,验证了所提出保护方案的可行性和有效性。 最后,本论文以山东省济南市某10MW并网光伏电站工程为例,结合光伏电站并网的技术要求及设计方案,通过对电站接入的系统潮流、电压分析、短路电流、网络损耗、继电保护、系统稳定等各方面的影响进行了深入分析与研究,提出了相应对策和光伏电站并网接入方案,结果验证了本文所提理论和方法的正确性和有效性。 【关键词】：并网光伏电站 数学建模 稳定性判据 随机性 等效参数 保护方案 影响及对策
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要11-13
• Abstract13-16
• 第一章 绪论16-28
• 1.1 课题的背景与意义16-17
• 1.2 国内外研究综述17-26
• 1.2.1 光伏电站对电网的影响17-22
• 1.2.2 光伏电站建模及稳定性22-24
• 1.2.3 含光伏电站的配网继电保护方案24-26
• 1.3 本文的主要研究内容26
• 1.4 本文的创新之处26-28
• 第二章 光伏电站建模研究28-61
• 2.1 光伏电站简介28-30
• 2.2 太阳辐射30-33
• 2.2.1 太阳在任意倾斜面上的入射角31
• 2.2.2 水平面上的散射太阳辐射31-32
• 2.2.3 倾斜面上直射太阳辐射32
• 2.2.4 倾斜面上散射太阳辐射32
• 2.2.5 倾斜面上反射太阳辐射32
• 2.2.6 倾斜面上总太阳辐射32-33
• 2.3 光伏电池阵列模型33-40
• 2.3.1 单体光伏电池数学模型33-37
• 2.3.2 光伏组件的工程用数学模型37-40
• 2.4 直流斩波电路模型40-54
• 2.4.1 DC/DC斩波电路物理模型41-44
• 2.4.2 DC/DC斩波电路数学模型44-45
• 2.4.3 光伏方阵MPPT控制45-54
• 2.5 逆变器模型54-57
• 2.6 并网光伏电站整体模型57-60
• 2.7 小结60-61
• 第三章 并网光伏电站电力系统暂态稳定性分析61-74
• 3.1 并网光伏电站动态数学模型61-65
• 3.2 并网光伏电站稳定性分析65-68
• 3.2.1 定功率控制方式下稳定性分析66-67
• 3.2.2 MPPT控制方式下稳定性分析67
• 3.2.3 并网光伏电站稳定性判据67-68
• 3.3 算例分析68-73
• 3.4 小结73-74
• 第四章 光伏电站对配网系统继电保护的影响及对策74-87
• 4.1 分布式电源并网运行对配网保护的影响74-75
• 4.2 保护方案基本结构75-76
• 4.3 保护方案工作原理76-82
• 4.3.1 分布式电源戴维南等效参数76-79
• 4.3.2 故障检测、故障相别、故障类型辨识79-80
• 4.3.3 故障区域定位80-81
• 4.3.4 故障区域隔离和重合闸81-82
• 4.4 算例分析82-86
• 4.5 小结86-87
• 第五章 济南电网10MW光伏电站并网运行分析及对策87-123
• 5.1 济南市10MW光伏电站规划方案87-97
• 5.1.1 项目意义87
• 5.1.2 济南地区太阳能资源87-91
• 5.1.3 整体电站规划方案91-93
• 5.1.4 电站系统接线图93-97
• 5.2 光伏电站邻近电网概况97
• 5.3 10MW光伏电站并网运行对电网的影响97-122
• 5.3.1 园区内供电系统现状97-100
• 5.3.2 光伏电站并网方案100-102
• 5.3.3 光伏电站并网潮流计算102-118
• 5.3.4 光伏电站并网短路分析118-121
• 5.3.5 光伏电站并网网损分析121-122
• 5.4 小结122-123
• 第六章 结论及展望123-125
• 6.1 本文的主要研究成果123-124
• 6.2 有待于进一步开展的工作124-125
• 参考文献125-133
• 致谢133-134
• 攻读博士学位期间发表的学术论文134-135
• 攻读博士学位期间参加的科研工作135-136
• 学位论文评阅及答辩情况表136

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

LCL滤波的PWM整流器新型控制策略    张宪平;林资旭;李亚西;许洪华;

300kW光伏并网系统优化控制与稳定性分析    周德佳;赵争鸣;袁立强;冯博;

分布式发电条件下的多电源故障区域定位新方法    林霞;陆于平;王联合;

太阳能光伏发电技术现状及其发展    赵晶;赵争鸣;周德佳;

几种Boost电路的功率损耗分析与实验研究    贺冬梅;蔡丽娟;陈灵敏;

双级式光伏系统最大功率点跟踪研究    罗明;杨金明;

分布式发电对配电网电压分布的影响    王志群,朱守真,周双喜,黄仁乐,王连贵

分散电源并网对供电可靠性的影响分析    丁磊;潘贞存;王宾;

分布式电源对配电网相间短路保护的影响    黄伟;雷金勇;夏翔;吴汕;熊军;王函韵;甘德强;

基于故障相关区域自适应划分的分布式保护新原理    张青杰;陆于平;

济南地区风力发电和太阳能发电资源潜力分析    舒海静

计及分布式发电的配电系统随机潮流计算    郑海峰

太阳能和风能互补发电系统的研究与分析    王欣伟

基于MATLAB的三相变压器励磁涌流仿真分析    崔芳芳;

浅谈500kV 3/2接线保护死区    王献礼;

单电源辐射状电网35kV变电所保护整定简便计算方法    刘扬;

三相光伏并网发电系统的建模与仿真    陶晓峰;谢君;

超高压输电线路单相自适应重合闸相位判据的研究    刘俊岭;刘浩芳;

220 kV线路保护与断路器逻辑回路协调应用研究    王薇;叶远波;

反时限方向过电流保护最优协调整定的分析    丁明;张维;李生虎;郑杨斌;

小电流接地系统单相接地故障选线方法综述    张双平;张汉雄;

大型集中并网光伏电站硬件设计要求及安全保护    王志刚;龙维绪;崔海昱;邓菊莲;刘祖明;廖华;涂洁磊;

光伏并网发电的最大功率点跟踪算法研究    王桂英;史金玲;纪飞;王欢;

单电源辐射状电网35kV变电所保护整定简便计算方法    刘扬;

智能电网的配电可靠性与电能质量问题研究    刘媛媛;段义隆;李佳;

基于OIF-Elman网络的光伏电源最大功率点跟踪方法研究    苏刚;龚威;潘雷;高瑞;王贝贝;

The Application Study of Multi-level Inverter in the PVMS    

一种基于dp/dv=0的最大功率跟踪控制策略    荣延泽;刘士荣;毛军科;李松峰;

非均匀辐射条件下光伏阵列建模及运行稳定性分析    张渊明;孙彦广;张云贵;

关于大理州可再生能源与电网和谐发展的思考    宋春;

分布式电源系统接入影响    陈祥;

基于电力调度数据网的行波测距系统探讨    荣钢;石恒初;

基于相模变换和提升小波变换的短路故障检测    张淑清;李艳丽;徐红;邢艳杰;

光伏跟踪系统智能控制方法的研究    徐晓冰

变速恒频风力发电系统故障特性与保护技术研究    撖奥洋

基于IEC 61850过程总线结构的数字化保护系统性能研究    杨丽

电子式电流互感器传变特性及适应性保护原理研究    高广玲

基于并网逆变器电能质量与变换效率的若干关键技术研究    杨波

光伏发电关键技术及电动汽车充电站可靠性研究    于蓉蓉

微网控制及小信号稳定性分析与能量管理策略    苏玲

微网谐波振及电压暂降的评估与控制    雷之力

新型分布式供能系统热力特性研究    王锡

微网多目标优化运行及控制策略研究    崔明勇

用于矿灯充电的独立光伏系统研究    毛娟

太阳能光伏发电单相并网逆变器研究    李本元

基于时序鉴别的井下低压供电网选择性漏电保护系统的研究    李保勇

基于小波变换理论与比值分析法的变压器励磁涌流识别的研究    杨焱麟

矿井风机监控保护系统研究    狄东晗

中压配电网中性点接地方式研究    侯永将

光伏发电系统自适应控制研究    李亭

分布式数字化故障录波装置的研究    乔磊

基于希尔伯特—黄变换的输电线路行波保护方法    秦小安

风光联合发电系统建模与设计    陈丽

太阳能光伏发电    崔容强;喜文华;魏一康;张兰英;

国内外光伏发电的新进展    昌金铭;

国内外新能源和可再生能源发展现状    朱俊生

分布式供电和冷热电联产的前景    徐建中

电力电子与绿色能源    张榴晨;

分布式电源技术展望    何季民

Boost PFC电路中开关器件的损耗分析与计算    曹建安,裴云庆,王兆安

提高PWM整流器抗负载扰动性能研究    赵仁德,贺益康,刘其辉

太阳能光伏并网发电系统的研究    王飞,余世杰,苏建徽,沈玉梁

分布式发电条件下的多电源故障区域定位新方法    林霞;陆于平;王联合;

我国可再生能源发展战略研究    裴郁

分布式发电广域保护控制系统中孤岛划分算法的研究    易新

光伏发电与电网接入技术    曹仁贤;赵为;陈威;

我国将建设首个大型沙漠光伏电站    

光伏电站中的控制器    吴国楚;

阳光电源与宁夏发电集团再次携手 打造大型荒漠光伏电站    

电力科技信息    

太阳能光伏电站的防雷及接地    李祖逖

西藏阿里地区并网10MWp光伏电站可行性研究报告通过审查    本刊编辑部;

国网电科院研制光伏电站功率预测系统投入实验运行    

世界最大硅基薄膜光伏电站将在内蒙古动工    

云南石林20MW光伏电站成功并网发电    

乌兰并网光伏电站设计体会    杨建;杨宇东;胡会永;史红丽;

基于机理模型的并网光伏电站实时效率分析    陈祥;

浅议阀控式铅酸蓄电池在光伏电站和电信环境使用中的区别    安强新;朱纪凌;

光伏电站的数据采集系统    赵炜;孙晓;

高海拔地区电气绝缘情况分析及光伏电站交流配电系统的设计研制    陈东兵;

中德财政合作青海太阳能项目光伏电站设计与运行    刘宏;李田珍;岳兴华;

光伏电站储能系统配置研究    孙庆;何一;

光伏发电自动向日跟踪系统的开发    王斯成;陈子平;何增先;鲍道初;王贵录;

光伏发电出力预测系统介绍    

光伏工程电池阵列 间距计算探讨    闫廷满;

国内最大并网光伏电站开工建设    邹峥

青海公司服务光伏电站并网    记者 马长文

天威薄膜产品应用德国最大光伏电站    本报记者 张慧英　通讯员 杨洋 杨静 王岩

探索设计光伏电站气象服务系统    记者 王晨

屋顶光伏电站或将渐成主流    本报记者 李永强

中国科技联手青海新能源谋建世界最大并网光伏电站    本报记者 梁钟荣

浙江首个兆瓦级光伏电站花落正泰    本报记者 于洪海

中电48所光伏电站供能科交会    胡一兮

气候论证曹妃甸光伏电站工程    记者 邢开成　通讯员 顾光芹

青海百科10兆瓦并网光伏电站开工    记者 王志远

电网接纳光伏电站并网运行的适应性及对策研究    李乃永

光伏发电关键技术及电动汽车充电站可靠性研究    于蓉蓉

中国光伏产业发展战略研究    李晓刚

分布式光伏发电微电网供能系统研究    袁建华

我国光伏发电项目规模化发展研究    殷帅

光伏跟踪系统智能控制方法的研究    徐晓冰

间歇式可再生能源分布式发电对配电系统的影响研究    马立克

反射聚光利用太阳能的基础理论与实验研究    江守利

光伏燃料电池混合发电系统控制设计与仿真研究    史君海

可再生能源发电并网协调策略的研究    于大洋

并网光伏电站模型及其运行特性研究    许晓艳

大型光伏电站接入电网的技术和特性研究    张琪祁

并网光伏电站的电能质量评估及运行特性分析    叶金根

大规模光伏电站建模及外特性研究    王旭阳

面向电网公司的光伏电站监视系统的设计    王娜

光伏建模与并网系统电压稳定性分析    邓向阳

光伏电站防雷技术研究    蔡然

光伏电站接入电网的技术研究    刘斯维

兆瓦级光伏电站并网技术的研究    王佳

内蒙古巴彦淖尔20MWp光伏电站投资可行性研究    贾雄