基于智能配电网的电力系统负荷建模及其影响分析

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电力负荷是电力系统的重要组成部分,它在电力系统的运行控制、分析设计中起着重要的作用。在电力系统的研究中,负荷模型的准确度影响着电网的调度运行、规划和决策。因此,负荷模型的建立及其对智能电网的影响研究受到国内外学者的极大关注。建设坚强的智能电网是未来电网发展的趋势,智能电网的发展必将包含电动汽车的应用,随着电动汽车及其充放电技术的不断发展,电动汽车将越来越多地应用于人们的生活当中。当电动汽车充放电站规模化建设、电动汽车规模化应用时,庞大的电动汽车负荷将会对电网负荷造成一定程度的影响。为了保证电网能够满足电动汽车发展的需求同时避免电动汽车对电网的运行造成不良影响,需要研究电动汽车规模化应用对电网的影响等。因此,本文利用统计综合法对电力负荷进行建模,利用三次样条插值函数和实测电网潮流数据验证模型的有效性,并在此基础上分析了电动汽车的接入对智能配电网的影响等。论文主要内容如下:(1)介绍了智能配电网的概念以及电力系统负荷建模的概念、方法、常见模型结构及其参数辨识方法等。论文采用统计综合法进行负荷建模,首先对山西某地区的用电行业分类,选取典型用户,通过调查统计得到该地区各用户的设备参数,最后建立某变电站节点的综合负荷模型。(2)通过变电站监测设备实际测得的电压、功率数据建立三次样条插值函数模型,所建立的模型曲线能够最真实的反应实测数据点的变化趋势。用三次样条函数模型与所建立的综合负荷幂函数模型进行对比,验证幂函数模型的有效性。(3)结合山西某地实际的电动汽车充放电站的建设,根据电动汽车充放电方式的不同,引出电动汽车负荷的分类。作为传统负荷吸收电能的一类电动汽车称为基本负荷,简称基荷;实现电能充放电过程的一类电动汽车称为双向负荷。双向负荷的充放电采用Vehicle to Grid (V2G)技术,即可以实现电动汽车与电网的双向互动,电动汽车本身又可作为可移动的分布式储能单元。同时分析了充放电机的运行情况,结合当地的电网运行特性分析了基荷与双向负荷对电网负荷曲线的影响,得出作为双向负荷的电动汽车可以实现负荷移峰填谷。(4)在PSASP中搭建某地电网一次图,将所得综合负荷模型带入负荷参数中,首先将仿真计算所得的电网潮流数据与实测潮流数据对比分析,验证了所建模型的适用性和有效性;同时计算电动汽车在充放电模式下的电网潮流,对电力规划有一定的参考价值。其次,对电网中的线损进行分析计算,考虑了包含电动汽车的电网中不同季节的电网损耗。最后分析了包含电动汽车的配电变压器损耗以及电压变化趋势,得出电动汽车的加入使得变压器的铜耗增加,而在用电高峰时段充电,充电距离越远变压器两侧的电压越低。
摘要第3-5页
ABSTRACT第5-7页
第一章 绪论第12-22页
    1.1 选题目的和意义第12-13页
    1.2 智能配电网的发展概述第13-14页
        1.2.1 智能配电网的概念第13页
        1.2.2 智能配电网的特征第13-14页
        1.2.3 智能配电网的功能要求第14页
    1.3 电力系统负荷建模的概念第14-15页
    1.4 负荷建模的研究现状第15-19页
        1.4.1 负荷模型的分类第15-17页
        1.4.2 负荷模型的选择第17-18页
        1.4.3 建模方法的选择第18-19页
    1.5 本文主要工作第19-22页
第二章 统计综合法建模第22-38页
    2.1 统计综合法负荷建模的基本原理第22-25页
    2.2 模型参数集结第25-28页
    2.3 本文建模思路第28-29页
    2.4 行业负荷构成调查及其特性分析第29-36页
        2.4.1 基于模糊综合评价的聚类分析第29-31页
        2.4.2 工业负荷分析第31-32页
        2.4.3 商业负荷分析第32-33页
        2.4.4 居民负荷分析第33-34页
        2.4.5 农业负荷分析第34-35页
        2.4.6 节点综合负荷特性参数第35-36页
    2.5 本章小结第36-38页
第三章 三次样条插值函数模型第38-48页
    3.1 样条函数的概念第38页
    3.2 三次样条插值函数第38-41页
    3.3 基于实测数据的模型曲线第41-45页
        3.3.1 工业负荷侧模型比较第42-43页
        3.3.2 商业负荷侧模型比较第43-44页
        3.3.3 居民负荷侧模型比较第44-45页
    3.4 本章小结第45-48页
第四章 电动汽车接入对电网影响分析第48-64页
    4.1 电动汽车的研究现状第48页
    4.2 电动汽车充放电模式及V2G功能的实现第48-54页
        4.2.1 电动汽车的充放电模式第49-51页
        4.2.2 电动汽车作为双向负荷实现的功能第51-52页
        4.2.3 电动汽车实现V2G功能的关键问题第52-54页
    4.3 充放电机模型的建立第54-59页
        4.3.1 充放电机结构介绍第54-57页
        4.3.2 充放电机的运行情况第57-59页
    4.4 忻州电动汽车充放电站的建设第59-61页
    4.5 电动汽车应用对电网的影响第61-63页
        4.5.1 作为基荷的电动汽车接入对电网的影响第61-63页
        4.5.2 作为双向能量传输的电动汽车接入对电网的影响第63页
    4.6 本章小结第63-64页
第五章 负荷模型的潮流仿真与电动汽车对配电网影响分析第64-84页
    5.1 PSASP的程序介绍第64-68页
        5.1.1 PSASP实现潮流计算第65-66页
        5.1.2 PSASP实现网损分析第66-68页
    5.2 几种情景下的潮流计算第68-75页
        5.2.1 考虑负荷模型参数的潮流计算第69-72页
        5.2.2 考虑电动汽车基荷负荷的潮流计算第72-73页
        5.2.3 考虑电动汽车V2G功能的潮流计算第73-75页
    5.3 电网线损介绍第75-79页
        5.3.1 基本概念第75页
        5.3.2 线路损耗计算第75-77页
        5.3.3 变压器损耗计算第77-79页
    5.4 几种情景下的线损分析计算第79-80页
        5.4.1 夏季工作时段第79-80页
        5.4.2 冬季工作时段第80页
    5.5 电动汽车的接入对低压配电变压器的影响分析第80-82页
    5.6 本章小结第82-84页
第六章 总结与展望第84-86页
    6.1 总结第84页
    6.2 展望第84-86页
参考文献第86-90页
附录 三次样条插值函数MATLAB程序第90-92页
致谢第92-94页
攻读学位期间发表的学术论文第94页
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