微网的随机潮流计算研究

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1、华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1研究背景目前，我国正处在工业化、城镇化加快推进的重要时期，这一时期电力需求将保持较快的增长态势。预计到2020年，我国全社会用电需求量将达到7.67万亿千瓦时，是2008年的2.2倍。随着电力需求的日益增长，特高压电网建设已逐步开展，我国电力系统已经进入大容量、大机组、高参数、特高压、长距离输电的新发展阶段。传统的大电网在过去的几十年发展中技术日趋成熟，确实给我们带来了诸多好处：大容量机组的投入使发电效率有所提高，同时减少了运行管理人员；联网的高压输电网降低了电网的备用容量等。但是随着电网规模不断扩大的趋势，集中式

2、大电网的弊端也逐渐暴露，成本较高；运行技术复杂，电网中任一点的扰动都可能传播到全网，局部事故极易扩散，导致大面积的停电甚至全网崩溃[1]，如2003年发生的美加大停电；同时，自然灾害也会对电网产生极大的影响，2008年的汶川地震使国家电网有258座110千伏及以上变电站不同程度受损，四川电网10千伏及以上输电线路有2769条受到影响，直接经济损失106.5亿元。2008年初春一场历史罕见的冰雪灾害，造成南方地区电网7541条10kV及以上电力线路、859座35kV及以上变电站停运，导致3330多万户、约1.1亿人口停电[2]，给经济、社会和人民生活造

3、成了极为严重的影响。这些事故充分暴露了大电网的脆弱性，也使人们开始对电力系统的发展模式另辟蹊径。另外，随着人类社会的高速发展，对于能源和自然资源的消耗也越来越大。利用煤炭、石油、天然气等不可再生能源发电是常见的传统发电模式，这种模式技术成熟、设备建设周期短，在近一百多年来被人类所广泛采用，也为人类文明的进步做出了巨大贡献。但是，不可再生能源的过度开采和利用，造成传统煤炭、石油、天然气濒临枯竭，虽然我国地大物博，能源储藏量比较丰富，但由于人口众多，人均拥有量在世界上处于较低水平，煤炭、水力资源的人均拥有量仅占世界平均水平的1/2，而石油、天然气的人均拥

4、有量不足世界平均水平的1/15。按照目前全世界化石燃料的消耗速度估计，在未来几十年或者上百年，一次能源将会消耗殆尽。同时大量传统一次能源的使用引发了全球性的环境问题：化石燃料会产生二氧化硫、二氧化碳等空气污染物，1华中科技大学硕士学位论文加剧酸雨的形成以及温室效应，并引发全球气候变暖、臭氧层破坏等环境问题。面对传统的电力系统已经不能满足电力用户对供电安全性和可靠性的要求，以及能源危机和环境恶化的多重压力，世界各国均将研究热点转向多种能源形式相结合、高效的、经济的新型电力技术——分布式发电系统（DistributedGeneration，DG），并取得

5、了突破性的进展[3]。分布式发电包含风力发电、光伏发电、微型燃气轮机和燃料电池发电、地热发电等[4]，这些发电技术投资少、与环境兼容性好，靠近用户，可以实现“热、电”联供甚至“冷、热、电”三联供的供电方式提高能源利用率；同时DG可作为备用电源提高供电可靠性，又因为其安装地点灵活，通过就地发电的方法可以为偏远地区供电[5]。尽管DG优点突出，但是它对电网的影响也不容忽视，IEEEP1547规定了分布式电源的入网标准：当电力系统发生故障时，分布式电源必须退出运行，这就大大限制了分布式发电技术的使用，也间接对新能源的开发利用进行了制约[6-7]。为了协调D

6、G与大电网之间的矛盾，并充分利用分布式发电技术带来的经济效益和对可靠性的改善，国内外学者提出了微网（Microgrids）的概念[6-10]。微网结合了额定功率为几十千瓦的分布式电源、储能装置、控制装置以及负荷，形成单一可控单元，担任了可调度负荷、可定制电源的双重角色，既可与大电网联网运行，也可在主网发生故障时断开独立运行，体现了满足全系统能量需求并向用户提供多样化电能质量的特征[11]。随着越来越多的人开始关注微网，微网获得的应用也越来越多，但微网中部分微电源，如风力发电机、光伏电池等其输出功率受自然天气条件等因素的影响很大，具有不确定性。对微网的

7、运行特性进行分析研究时，就需要考虑这种随机性，若采用确定性的潮流计算方法，就需要对众多可能发生的情况作大量的方案计算，工作量很大，计算时间难于承受，既不现实也无必要；而且在潮流计算时若采用确定性模型描述这些微电源，计算出的“精确”结果可能会遮蔽系统运行中存在的问题，很难反映微网整体的状况，因此研究适合应用于微网运行特性分析方面的随机潮流计算方法就显得十分必要。1.2微网研究概述微网的概念自提出后，在世界各国受到了相关部门和研究机构的密切关注，以美国、欧盟、日本为代表，他们开展了大量关于微网的理论技术研究，并相继建立了一些微网的示范和试点工程，取得了一

8、定的进展[12-14]。“积极推动和鼓励可再生能源的2华中科技大学硕士学位论文发展”是“十一五”规划指出我国