基于Matlab的分布式光伏并网发电系统对配电网电能质量的影响

《光伏发电与并网技术》课程学习报告题目：基于Matlab的分布式光伏并网发电系统对配电网电能质量的影响姓名：赵晨班级：14级自动化*班学号：2014******指导老师：王伟提交日期：2016.1.18-1-目录摘要................................................................................................................................2一、背景与简介............................................................................................................3二、并网电能质量问题分析........................................................................................32.1电能质量概述........................................................................................32.2光伏并网发电系统入配电网电能质量问题分析................................42.2.1谐波问题.....................................................................................42.2.2直流偏置问题.............................................................................5三、电能质量分析方法................................................................................................63.1仿真软件Matlab简介..........................................................................63.2仿真模型的搭建....................................................................................63.2.1引言............................................................................................63.2.2光伏阵列.....................................................................................73.2.3最大功率跟踪器.........................................................................93.2.4逆变器及其控制电路.................................................................93.2.5滤波器.......................................................................................103.3基于Matlab的电能质量分析............................................................103.3.1分析...........................................................................................103.3.2仿真实施...................................................................................113.3.3并网位置对电能质量的影响...................................................143.3.4并网容量对电能质量的影响...................................................16四、结论与展望..........................................................................................................17五、参考文献..............................................................................................................18-2-基于Matlab的分布式光伏并网发电系统对配电网电能质量的影响摘要：随着全球能源危机和环境污染的日益严重，开发和利用清洁的可再生能源势在必行。太阳能是当前世界上最清洁、最具有大规模开发前景的可再生能源之一。太阳能的利用因此受到世界各国的普遍关注，其中光伏并网发电是太阳能利用的主要发展趋势，必将得到快速的发展。而在光伏发电技术中，并网及其对电能质量的影响则是一个重要的研究领域。本报告首先搭建了基于Matlab-Simulink的分布式光伏并网发电系统和具体的配电网的仿真模型，然后在此基础上，从电压偏差和节点电压和负荷电流的谐波含量角度，定量分析了分布式光伏并网发电系统的并网位置和并网容量对配电网电能质量的影响。关键词：分布式光伏并网发电系统；Matlab；电能质量；电压偏差-3-一、背景与简介随着全球能源危机和环境污染的日益严重，开发和利用清洁的可再生能源势在必行。太阳能是当前世界上最清洁、最具有大规模开发前景的可再生能源之一。太阳能的利用因此受到世界各国的普遍关注。在我国，光伏发电在电能生产中所占比重也正在不断上升。同时，光伏发电的广泛应用也对传统的电力系统产生很大的影响，包括配电网的电能质量、系统稳定性、潮流、继电保护等方面。因此，通过研究光伏发电对配网电能质量的影响将更好地指导我们如何更加充分地发挥光伏发电的优势，并对其进一步发展和应用有重大的帮助。配电网是整个电力传输的重要组成部分，其从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网，配电网是与用户关系最密切的部分，是向用户提供优质电力的直接保证。随着人们对于新能源发电的关注，大量的分布式发电系统接入配电网。分布式光伏并网发电系统运行中会向配电网注入谐波和直流分量，对配电网的安全运行和用电设备的正常工作造成的危害与影响不断增加，造成配电网质量问题日益突出。与此同时，电力用户对于电能质量要求不断提高，促进电力及相关部门采取积极有效的措施来保证配电网高质量电能的供应。因此，对于分布式光伏并网发电接入配电网引起的电能质量问题有待进一步研究。目前，很多文献对于分布式光伏发电系统接入配电网所产生的电能质量方面的影响进行了较为深入的研究。对于定量分析，研究方式主要是仿真，包括RTDS、EMTDC/PSCAD、Matlab等。本报告基于Matlab-Simulink，建立分布式光伏并网发电系统和具体的配电网的仿真模型，然后在此基础上，从电压偏差和节点电压和负荷电流的谐波含量角度，定量分析了分布式光伏并网发电系统的并网位置和并网容量对配电网电能质量的影响。二、并网电能质量问题分析2.1电能质量概述目前，世界上对于电能质量的要求和定义都不尽相同，各国根据自己的实际出-4-发，对电能质量有着不同的理解与要求。但从供电企业的角度来看，电能质量是指电力企业提供的电能指标符合标准并满足供电的可靠性；从电力用户的角度来看，电能质量问题是指所有引起用户电力使用不正常的扰动；从工程实际应用的角度看，电能质量的定义可以进一步具体分解，其内容可以分解成以下几个方面进行解释：（1）电压质量。主要是反应实际电压与理想电压之间的偏差，以界定供电企业向电力用户分配的电能是否合格。电压质量主要包括偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压瞬变、波动与闪变现象、电压骤降、欠电压、电压谐波和陷波等。（2）供电质量。主要包括技术含义的方面和非技术含义的方面。其中，技术含义的方面包括：电压质量和供电可靠性；非技术含义的方面包括：供电企业对电力用户对于供电企业投诉反应速度和电力价格的透明度等。综上所述，对于电能质量的定义概括起来主要有以下几种：定义1：合格的电能质量是指，提供给敏感设备的电力和为其设备的接地系统均适合于该设备正常工作。定义2：造成用电设备故障或误动作的任何电力问题都是电能质量问题，其表现为电压、电流或者频率偏差。定义3：电能质量就是电压质量，合格的电能质量应当是很顶频率和恒定幅值的正弦波电压和连续电压。2.2光伏并网发电系统入配电网电能质量问题分析2.2.1谐波问题（1）产生原因分布式光伏并网发电系统一般通过逆变器进行并网，逆变器在运行中，为了防止逆变器桥臂上、下开关管直通，一般都要在控制开关信号中加入死区进行控制，这样使得同一桥臂上的上、下两管在死区时间内两开关都处于关断状态，由于电感的存在，在死区时间内，逆变器的输出电压由电感电流决定。由于死区的存在，因此，逆变器输出的实际PWN波形与控制的理想PWM波形有一定的误差存在，两者之差是一组包络线为正负对称方波，对于方波，其即有基波分量，又有大量的谐波分量，同时由于开关元件的特性，在开关频率整数倍次附近含有较严重的高-5-频谐波。（2）危害1）降低配电网输电效率。在配电网线路中存在线路阻抗，谐波电流在配电网线路中的流动负载线路阻抗上产生功率的损耗。在一般情况下，配电网中不会存在较大的电流畸变。但是在分布式光伏并网系统接入配电网以后，其逆变器在运行的过程中会产生高频谐波。而集肤效应的存在，会使得谐波阻抗比基波阻抗增加，因此造成功率损耗的增加，造成配电网中出现线损的现象，降低了配电网输电效率。2）增加电晕损耗。在配电网建设的过程中大多是通过架空线路来实现的，架空线路会产生电晕。电晕的大小和配电网电压峰值有着密切的关系。配电网系统在正常运行的情况下，电压基波都不会超过电压指标的要求。在分布式光伏并网发电系统接入配电网以后，会产生高频的谐波，谐波的存在会使得电压峰值超过额定值，从而产生电晕，增加电晕损耗。3）营销电缆的使用寿命。在配电网中，很多的线路都是采用的电缆，谐波如架空路线一样会对配电网中的线缆造成影响，还会造成成配电网输出电压出现尖峰的情况。在出现电压尖峰的时候，会造成电缆绝缘层出现迅速老化的现象，并导致局部放电，增加线缆温度，直接影响到了线缆的正常使用，缩短了线缆的正常使用寿命。在正常情况下，额定电压越高，谐波对线缆的危害也就越大。配电网系统中的线缆存在分布电容，当线缆中电容和电感接触后引起谐波，从而加重了谐波对电缆的危害，在很大程度上缩短了线缆的使用寿命。4）影响居民的用电安全。在居民的用电中，存在计算机、荧光灯等大量谐波的家电用器，这些谐波会从配电网中的零线中流过，而零线的导电的性能不强。如果有大量的谐波电流流过谐波时，就会造成零线线路损耗，导线就发热，从而导致导线绝缘老化，如果在严重的情况下，导线还会出现绝缘失效的现象引发短路，从而会引发火灾等事故，直接威胁到了用电用户的生命和财产安全。2.2.2直流偏置问题在分布式光伏并网发电系统，逆变器基准正弦波的直流分量、控制电路中运算放大器的零点漂移、开关管本身及其驱动电路不一致等诸多因素，都会导致逆变器输出电压产生直流分量。-6-大型分布式发电系统的开启和停止、分布