電氣與電子工程學院自動化1201班山東理工大學ShandongUniversityofTechnology利用風電機組改善農村配電網電壓質量技術研究答辯人周琦超導師胡健副教授目錄Content引言農網末端電壓過低的成因分析風力發電的應用研究利用風電機組經儲能裝置改善農網供電質量方案系統仿真分析致謝結論與展望國內外研究現狀本文的研究內容引言選題的背景與意義Chapter1第一章偏遠地區遠距離輸電

農村電網末端供電一直存在著質量問題，供電半徑大、導線細，設備陳舊，對電網管理認知水平低、維護知識匱乏，資金不足和長久規劃，從而導致電壓損失大、電能損失高，安全性和可靠性差，電線損耗加大，電網建設難以提高。雖然近幾年，我國對農村電網改造的重視程度越來越高，農村電網的供電質量和可靠性有了不小的改善。但是，隨著經濟的進步，農村的耗電量日益增加，農村居民對電能質量的要求也越來越高.配電網的線路損耗、調度運行以及機電設備的正常運行與否會直接影響到供電質量。特別是在遠距離配電上電能損耗嚴重。而太陽能的其中一種轉換形式——風能，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地勢

雖然在偏遠地區地理位置相對偏僻，經濟發展十分落后，石油等化石資源也不易于開發，但是另一方偏遠地區的用電需求總量也并不多，況且這些地區沒有高大建筑物的阻擋，太陽能其中的一種形式—風能變可以被很好的利用開發。同其他資源對比的話，風力發電在這些地區還具有更大的優勢，除了清潔可再生等優點以外，風力發電還具有建造時間短、安裝風電機組靈活，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，支撐大電網。第一章引言選題背景與意義第一章引言國內外研究現狀““丹麥全國70%的電能是風能，但是風力是斷續的，穩定性不夠，就通過海底電纜和歐洲大陸連接在一起。發電多時，給大陸電網輸電；發電少時，從大陸電網抽取電能，實現穩定運行。丹麥(Danmark)123風力發電Somekeywords分布式發電Somekeywords并網Somekeywords4可持續發展Somekeywords1ONE最有發展潛力和發展意義的是分布式發電技術。第一章引言國內外研究現狀線路末端裝設配電變壓器風光互補等分布式發電系統提高變壓器低壓側母線的電壓安裝低壓自動補償電容器裝配串聯電壓自動補償裝置2TWO 3THREE4FOUR5FIVE第一章引言主要研究內容

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

1供電半徑大、密度低。偏遠農村地區遠離城鎮，電力負荷多分散分布，造成線損大；2配電變壓器有相當一部分為高能耗變壓器，無功功率損耗增大3農村高寒地區用電負荷季節性強。農耕（灌溉、收割、抗旱等）期間，電力負荷很重，而農閑時，基本的照明用電使配電變壓器接近空載狀態，空載損耗高4繼電器無法滿足要求。在10～35kv供電的農村電網，往往使用二段或三段式電流保護來保護線路，但當輸電線路變長，形成大量分支以及電網負荷率低的時候，線路的故障發生會導致繼電器快速可靠地工作第二章農網末端電壓過低的成因目前解決農村電網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論與展望事實上Asamatteroffact以上幾種解決農村電網末端電壓過低的方法雖然都能在一定程度上改善農村電網電壓，但是都存在著各種各樣的缺點。而風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，非常適合解決農村電網末端電壓過低的問題。第二章農網末端電壓過低的成因風力發電的應用研究Chapter3第三章風力發電的種類風力發電的發展狀況第三章風力發電的應用研究風力發電的發展狀況我國的幾個風能豐富帶主要分布在東南沿海地區、“三北”地區和內陸局部地區。其中青海、內蒙古、東北三省、甘肅、西藏和新疆等省(自治區)是三北地區，擁有中國可開發儲量的80%。約有200MkW的風能儲量可供這一風能豐富帶開發利用。另一方面，“三北”地域風力發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能資源區，有利于開發大量的風電場。第三章風力發電的應用研究風力發電的發展狀況

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

，即。在現實情況下，風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，需要對風電機組的并網容量進行優化配置，以防止在風電機組出力最大，但負荷使用最低時并網，導致的輸電線路末端電壓過高。

風電機組并網流程圖整流儲能升壓逆變風電機組單相電網第二章研究方法與思路第四章利用風電機組經儲能裝置改善農網供電質量方案

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的負二極管導通。這樣反復循環、6只二極管輪流導通，在負載兩端便得到一個適合我們的較平穩的脈動的直流電壓。整流

經過AC/DC的整流環節以后，直接將電能存儲到儲能裝置的蓄電池組中，可以保證風力發電機的任意時刻的電能都被利用，避免出現了直接利用的浪費和電能質量低的現象。第二章研究方法與思路第四章利用風電機組經儲能裝置改善農網供電質量方案儲能技術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、電化學儲能。儲能技術對電網的好處有三點：一：幫助增加可再生能源的滲透率，促進分布式(微電網)發電的發展；二：提升電網的穩定性和實現充分的調峰，減少高峰負荷及對應的電網投資和電源投資；三：通過電價設計，促進電力市場自由化。電池儲能是分布式電網(微電網)發展的瓶頸。儲能第二章研究方法與思路第四章利用風電機組經儲能裝置改善農網供電質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電機組經儲能裝置改善農網供電質量方案升壓斬波電路的基本原理是，一開始先設定電路的電感L數值很大，電容C數值同樣很大。到了可控開關V成為通路狀態的時候，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V處在通路狀態的時間是ton，這個階段的電感L上存儲的能量是。當V處在斷開狀態的時候E和L一起朝著電容C充電并向電阻R提供能量。假設V處在斷開狀態的時間是toff，則在這個期間電感L釋放的能量是,當電路工作與穩定狀態的時候，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電機組經儲能裝置改善農網供電質量方案接入風電機組時的農網首末端電壓仿真系統仿真分析未接入風電機組時農網首末電壓仿真Chapter5第五章第五章系統仿真分析未接入風電機組時系統仿真傳統農村電網基本有著固定的形式，即由核心電網的終端變電站，通過線路配電到農村的10kv的變電站。而在這一過程，線路上的電能損耗很嚴重，損失大量財力，更導致末端用電電壓質量降低。通過仿真，可以看出線損嚴重性。文模擬的是額定電壓為10kV的單相輸電系統.其主要參數如下：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仿真分析第四章實驗測試分析第五章系統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%，經檢測其首端電壓為10.44kV，但是末端電壓僅為9.035kV，標準電壓應為10kV，電壓偏移率為9.65%.而GB/T12325-2008規定：10kV及以下的輸電線路供電電壓偏差為標稱電壓的，測量結果為9.65%，電壓偏移率已經超出了電壓偏差的允許范圍，這顯然會對農村居民的生活用電質量造成較大的影響.第五章系統仿真分析接入風電機組后系統仿真本文所采用的方法是先將風力發電機組的出力進行整流儲能，然后再經過單相逆變后接入末端電網，因此可以將儲能后的風機出力看為恒功率輸出，故可將其等效為直流電源經過單相逆變后接入末端電網.其中，風機采用1.5MW機組，風電機組總裝機容量為6MW.農網末端接入風電機組時的仿真模型如下圖所示。

風電機組單相逆變并網一般的組成成分包括：單相逆變器、鎖相環、單項逆變濾波、電網。原理是通過比較逆變器并網電流和電網電壓是否同相位,逆變輸出電壓和電網電壓幅值是否相同來判斷逆變器能否并入電網第五章系統仿真分析第五章系統仿真分析第五章系統仿真分析SUMMARY農網的末端電壓有了明顯的提升.經過測量，風電機組補償后的農網末端電壓提高到9.908kV，電壓偏移率下降到了0.92%，已經保證了農網末端電壓在供電電壓偏差的允許范圍內.因此，在經過風電機組接入末端后的農網，其末端電壓有了明顯的提升。第五章系統仿真分析

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