電氣與電子工程學(xué)院自動化1201班山東理工大學(xué)ShandongUniversityofTechnology利用風(fēng)電機組改善農(nóng)村配電網(wǎng)電壓質(zhì)量技術(shù)研究答辯人周琦超導(dǎo)師胡健副教授目錄Content引言農(nóng)網(wǎng)末端電壓過低的成因分析風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用研究利用風(fēng)電機組經(jīng)儲能裝置改善農(nóng)網(wǎng)供電質(zhì)量方案系統(tǒng)仿真分析致謝結(jié)論與展望國內(nèi)外研究現(xiàn)狀本文的研究內(nèi)容引言選題的背景與意義Chapter1第一章偏遠地區(qū)遠距離輸電

農(nóng)村電網(wǎng)末端供電一直存在著質(zhì)量問題，供電半徑大、導(dǎo)線細，設(shè)備陳舊，對電網(wǎng)管理認知水平低、維護知識匱乏，資金不足和長久規(guī)劃，從而導(dǎo)致電壓損失大、電能損失高，安全性和可靠性差，電線損耗加大，電網(wǎng)建設(shè)難以提高。雖然近幾年，我國對農(nóng)村電網(wǎng)改造的重視程度越來越高，農(nóng)村電網(wǎng)的供電質(zhì)量和可靠性有了不小的改善。但是，隨著經(jīng)濟的進步，農(nóng)村的耗電量日益增加，農(nóng)村居民對電能質(zhì)量的要求也越來越高.配電網(wǎng)的線路損耗、調(diào)度運行以及機電設(shè)備的正常運行與否會直接影響到供電質(zhì)量。特別是在遠距離配電上電能損耗嚴(yán)重。而太陽能的其中一種轉(zhuǎn)換形式——風(fēng)能，是綠色能源，伴有潔凈、無污染、取之不竭，用之不盡、可再生的特點。第一章引言選題背景與意義偏遠地區(qū)地勢

雖然在偏遠地區(qū)地理位置相對偏僻，經(jīng)濟發(fā)展十分落后，石油等化石資源也不易于開發(fā)，但是另一方偏遠地區(qū)的用電需求總量也并不多，況且這些地區(qū)沒有高大建筑物的阻擋，太陽能其中的一種形式—風(fēng)能變可以被很好的利用開發(fā)。同其他資源對比的話，風(fēng)力發(fā)電在這些地區(qū)還具有更大的優(yōu)勢，除了清潔可再生等優(yōu)點以外，風(fēng)力發(fā)電還具有建造時間短、安裝風(fēng)電機組靈活，占用土地面積少等絕對性的好處。就長遠來看，也可以減少對電網(wǎng)總量的需求壓力，降低了遠距離輸電的線損。單機使用的話可以做充電電源，長遠來看可以將積蓄的電能進行并網(wǎng)，支撐大電網(wǎng)。第一章引言選題背景與意義第一章引言國內(nèi)外研究現(xiàn)狀““丹麥全國70%的電能是風(fēng)能，但是風(fēng)力是斷續(xù)的，穩(wěn)定性不夠，就通過海底電纜和歐洲大陸連接在一起。發(fā)電多時，給大陸電網(wǎng)輸電；發(fā)電少時，從大陸電網(wǎng)抽取電能，實現(xiàn)穩(wěn)定運行。丹麥(Danmark)123風(fēng)力發(fā)電Somekeywords分布式發(fā)電Somekeywords并網(wǎng)Somekeywords4可持續(xù)發(fā)展Somekeywords1ONE最有發(fā)展?jié)摿桶l(fā)展意義的是分布式發(fā)電技術(shù)。第一章引言國內(nèi)外研究現(xiàn)狀線路末端裝設(shè)配電變壓器風(fēng)光互補等分布式發(fā)電系統(tǒng)提高變壓器低壓側(cè)母線的電壓安裝低壓自動補償電容器裝配串聯(lián)電壓自動補償裝置2TWO 3THREE4FOUR5FIVE第一章引言主要研究內(nèi)容

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分析農(nóng)村電網(wǎng)電壓偏移的成因。2分析幾種解決農(nóng)村電網(wǎng)末端電壓過低的方法及其存在的問題。3提出一種利用風(fēng)電機組經(jīng)儲能裝置來改善農(nóng)村配電網(wǎng)供電質(zhì)量的新思路，重點研究風(fēng)電機組接入農(nóng)網(wǎng)末端對農(nóng)網(wǎng)末端電壓的影響。4通過simulink仿真模塊對其進行仿真分析，對比風(fēng)電機組接入前后農(nóng)網(wǎng)的末端電壓，驗證方案的可行性，完成設(shè)計。解決農(nóng)村電網(wǎng)末端電壓過低的方法農(nóng)網(wǎng)末端電壓過低的成因農(nóng)網(wǎng)末端電力供應(yīng)特點Chapter2第二章第二章農(nóng)網(wǎng)末端電壓過低的成因偏遠地區(qū)（農(nóng)網(wǎng)末端）電力供應(yīng)特點

1供電半徑大、密度低。偏遠農(nóng)村地區(qū)遠離城鎮(zhèn)，電力負荷多分散分布，造成線損大；2配電變壓器有相當(dāng)一部分為高能耗變壓器，無功功率損耗增大3農(nóng)村高寒地區(qū)用電負荷季節(jié)性強。農(nóng)耕（灌溉、收割、抗旱等）期間，電力負荷很重，而農(nóng)閑時，基本的照明用電使配電變壓器接近空載狀態(tài)，空載損耗高4繼電器無法滿足要求。在10～35kv供電的農(nóng)村電網(wǎng)，往往使用二段或三段式電流保護來保護線路，但當(dāng)輸電線路變長，形成大量分支以及電網(wǎng)負荷率低的時候，線路的故障發(fā)生會導(dǎo)致繼電器快速可靠地工作第二章農(nóng)網(wǎng)末端電壓過低的成因目前解決農(nóng)村電網(wǎng)末端電壓過低的方法

1對低壓線路進行改造，換成截面更大的導(dǎo)線，或著將供電方式改為三相四線制2對10kV線路進行延伸處理、增加配電變壓器的數(shù)量3安裝低壓無功補償裝置，但這只對感性負荷較重時作用明顯4整配電變壓器的電壓分接頭位置，只在負荷重時有較好效果，并且會在負荷輕時，使首端電壓過高第五章主要結(jié)論與展望事實上Asamatteroffact以上幾種解決農(nóng)村電網(wǎng)末端電壓過低的方法雖然都能在一定程度上改善農(nóng)村電網(wǎng)電壓，但是都存在著各種各樣的缺點。而風(fēng)能作為可再生的清潔能源，又能夠在負荷端供能，不需長距離輸電，非常適合解決農(nóng)村電網(wǎng)末端電壓過低的問題。第二章農(nóng)網(wǎng)末端電壓過低的成因風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用研究Chapter3第三章風(fēng)力發(fā)電的種類風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r第三章風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用研究風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r我國的幾個風(fēng)能豐富帶主要分布在東南沿海地區(qū)、“三北”地區(qū)和內(nèi)陸局部地區(qū)。其中青海、內(nèi)蒙古、東北三省、甘肅、西藏和新疆等省(自治區(qū))是三北地區(qū)，擁有中國可開發(fā)儲量的80%。約有200MkW的風(fēng)能儲量可供這一風(fēng)能豐富帶開發(fā)利用。另一方面，“三北”地域風(fēng)力發(fā)電場地形平緩和方便的交通運輸，被稱為我國第一大的連片風(fēng)能資源區(qū)，有利于開發(fā)大量的風(fēng)電場。第三章風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用研究風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r

中國風(fēng)能協(xié)會和國家能源局的調(diào)查顯示，2015年，中國風(fēng)電裝機量再創(chuàng)新高。全國（除臺灣地區(qū)外）新增安裝風(fēng)電機組16740臺，新增裝機容量30753MW，同比增長32.6%；累計安裝風(fēng)電機組92981臺，累計裝機容量145362MW，同比增長26.8%。 2015年，我國六大區(qū)域的風(fēng)電新增裝機容量均保持增長態(tài)勢，西北地區(qū)依舊是新增裝機容量最多的地區(qū)，超過11GW，占總裝機容量的38%；其他地區(qū)均在10GW以下，所占比例分別為華北地區(qū)（20%）、西南（14%）、華東（13%）、中南（9%）、東北（6%）。123異步發(fā)電機雙饋感應(yīng)發(fā)電機同步發(fā)電機小型風(fēng)力發(fā)電機組的種類第三章風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用研究利用風(fēng)電機組經(jīng)儲能裝置改善農(nóng)網(wǎng)供電質(zhì)量方案Chapter4第四章風(fēng)電機組并網(wǎng)流程圖風(fēng)電機組接入農(nóng)網(wǎng)末端后的理論分析第二章研究方法與思路風(fēng)電機組接入農(nóng)網(wǎng)末端后的理論分析第四章利用風(fēng)電機組經(jīng)儲能裝置改善農(nóng)網(wǎng)供電質(zhì)量方案風(fēng)電機組接入后的輸電線路示意圖風(fēng)電機組接入時，有在理想情況下，對風(fēng)電機組進行合理配置可以使得，

，即。在現(xiàn)實情況下，風(fēng)電機組也能保證對輸電線路末端電壓有較好的提升。值得注意的是，需要對風(fēng)電機組的并網(wǎng)容量進行優(yōu)化配置，以防止在風(fēng)電機組出力最大，但負荷使用最低時并網(wǎng)，導(dǎo)致的輸電線路末端電壓過高。

風(fēng)電機組并網(wǎng)流程圖整流儲能升壓逆變風(fēng)電機組單相電網(wǎng)第二章研究方法與思路第四章利用風(fēng)電機組經(jīng)儲能裝置改善農(nóng)網(wǎng)供電質(zhì)量方案

在三相橋式全波整流電路中，三個正二極管的正極引出線分別同三相繞組的首端相連。在某一瞬間，只有與電位最高的一相繞組相連的正二極管導(dǎo)通。同樣，三個負二極管的引出線也同三相繞組的首端相連。在同一瞬間，只有與電位最低的一相繞組相聯(lián)的負二極管導(dǎo)通。這樣反復(fù)循環(huán)、6只二極管輪流導(dǎo)通，在負載兩端便得到一個適合我們的較平穩(wěn)的脈動的直流電壓。整流

經(jīng)過AC/DC的整流環(huán)節(jié)以后，直接將電能存儲到儲能裝置的蓄電池組中，可以保證風(fēng)力發(fā)電機的任意時刻的電能都被利用，避免出現(xiàn)了直接利用的浪費和電能質(zhì)量低的現(xiàn)象。第二章研究方法與思路第四章利用風(fēng)電機組經(jīng)儲能裝置改善農(nóng)網(wǎng)供電質(zhì)量方案儲能技術(shù)主要分為儲電與儲熱。目前儲能方式主要分為三類：機械儲能、電磁儲能、電化學(xué)儲能。儲能技術(shù)對電網(wǎng)的好處有三點：一：幫助增加可再生能源的滲透率，促進分布式(微電網(wǎng))發(fā)電的發(fā)展；二：提升電網(wǎng)的穩(wěn)定性和實現(xiàn)充分的調(diào)峰，減少高峰負荷及對應(yīng)的電網(wǎng)投資和電源投資；三：通過電價設(shè)計，促進電力市場自由化。電池儲能是分布式電網(wǎng)(微電網(wǎng))發(fā)展的瓶頸。儲能第二章研究方法與思路第四章利用風(fēng)電機組經(jīng)儲能裝置改善農(nóng)網(wǎng)供電質(zhì)量方案升壓斬波電路能使輸出電壓高于電源電壓的主要兩個因素是:升壓1.電感L儲存能量之后擁有了讓電壓泵升的能力2.電容C能夠把輸出電壓維持住第二章研究方法與思路第四章利用風(fēng)電機組經(jīng)儲能裝置改善農(nóng)網(wǎng)供電質(zhì)量方案升壓斬波電路的基本原理是，一開始先設(shè)定電路的電感L數(shù)值很大，電容C數(shù)值同樣很大。到了可控開關(guān)V成為通路狀態(tài)的時候，電源E開始朝電感L充電，充電的電流差不多恒定為I1，此時電容C上的電壓給電阻R供電。由于C值很大，幾乎維持輸出電壓U0為恒值，記為U0.假設(shè)V處在通路狀態(tài)的時間是ton，這個階段的電感L上存儲的能量是。當(dāng)V處在斷開狀態(tài)的時候E和L一起朝著電容C充電并向電阻R提供能量。假設(shè)V處在斷開狀態(tài)的時間是toff，則在這個期間電感L釋放的能量是,當(dāng)電路工作與穩(wěn)定狀態(tài)的時候，一個周期T中電感L存儲的能量和釋放的能量相等.

逆變S1、S4閉合，S2、S3斷開時，負載電壓uo為正。S1、S4斷開，S2、S3閉合時，負載電壓uo為負第二章研究方法與思路第四章利用風(fēng)電機組經(jīng)儲能裝置改善農(nóng)網(wǎng)供電質(zhì)量方案接入風(fēng)電機組時的農(nóng)網(wǎng)首末端電壓仿真系統(tǒng)仿真分析未接入風(fēng)電機組時農(nóng)網(wǎng)首末電壓仿真Chapter5第五章第五章系統(tǒng)仿真分析未接入風(fēng)電機組時系統(tǒng)仿真?zhèn)鹘y(tǒng)農(nóng)村電網(wǎng)基本有著固定的形式，即由核心電網(wǎng)的終端變電站，通過線路配電到農(nóng)村的10kv的變電站。而在這一過程，線路上的電能損耗很嚴(yán)重，損失大量財力，更導(dǎo)致末端用電電壓質(zhì)量降低。通過仿真，可以看出線損嚴(yán)重性。文模擬的是額定電壓為10kV的單相輸電系統(tǒng).其主要參數(shù)如下：線路首端電壓的仿真模塊VS電壓為14.847kV；電壓源等效內(nèi)阻Rs_eq為0.1Ω；相位：0；頻率：50Hz；輸電線路用π型等效線路替代，線路長度l=10km；用戶端為恒定負荷1000kvar.其電壓輸出波形如下圖所示第四章第五章系統(tǒng)仿真分析第四章實驗測試分析第五章系統(tǒng)仿真分析第四章實驗測試分析由于線路首端電壓需提高5%，經(jīng)檢測其首端電壓為10.44kV，但是末端電壓僅為9.035kV，標(biāo)準(zhǔn)電壓應(yīng)為10kV，電壓偏移率為9.65%.而GB/T12325-2008規(guī)定：10kV及以下的輸電線路供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的，測量結(jié)果為9.65%，電壓偏移率已經(jīng)超出了電壓偏差的允許范圍，這顯然會對農(nóng)村居民的生活用電質(zhì)量造成較大的影響.第五章系統(tǒng)仿真分析接入風(fēng)電機組后系統(tǒng)仿真本文所采用的方法是先將風(fēng)力發(fā)電機組的出力進行整流儲能，然后再經(jīng)過單相逆變后接入末端電網(wǎng)，因此可以將儲能后的風(fēng)機出力看為恒功率輸出，故可將其等效為直流電源經(jīng)過單相逆變后接入末端電網(wǎng).其中，風(fēng)機采用1.5MW機組，風(fēng)電機組總裝機容量為6MW.農(nóng)網(wǎng)末端接入風(fēng)電機組時的仿真模型如下圖所示。

風(fēng)電機組單相逆變并網(wǎng)一般的組成成分包括：單相逆變器、鎖相環(huán)、單項逆變?yōu)V波、電網(wǎng)。原理是通過比較逆變器并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓是否同相位,逆變輸出電壓和電網(wǎng)電壓幅值是否相同來判斷逆變器能否并入電網(wǎng)第五章系統(tǒng)仿真分析第五章系統(tǒng)仿真分析第五章系統(tǒng)仿真分析SUMMARY農(nóng)網(wǎng)的末端電壓有了明顯的提升.經(jīng)過測量，風(fēng)電機組補償后的農(nóng)網(wǎng)末端電壓提高到9.908kV，電壓偏移率下降到了0.92%，已經(jīng)保證了農(nóng)網(wǎng)末端電壓在供電電壓偏差的允許范圍內(nèi).因此，在經(jīng)過風(fēng)電機組接入末端后的農(nóng)網(wǎng)，其末端電壓有了明顯的提升。第五章系統(tǒng)仿真分析

結(jié)論與展望Chapter6第六章第六章結(jié)論與展望本文分析了農(nóng)村電網(wǎng)電壓偏移的成因，重點研究了風(fēng)電機組接入農(nóng)網(wǎng)末端對農(nóng)網(wǎng)末端電壓的影響，并通過simulink仿真模塊對其進行仿真分析，對比了風(fēng)電機組接入前后農(nóng)網(wǎng)的末端電壓，驗證了方案的可行性，得到了較為滿意的結(jié)果。需要指出的是，風(fēng)電機組接入也將加劇配電網(wǎng)末端電壓波動性，需要我們對風(fēng)電機組容量及布局進行合理的優(yōu)化配置，才能更好的發(fā)揮風(fēng)電機組的作用，這也成為了未來大力研