分布式发电技术第4章课件

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1、 4.1 存在问题存在问题配电网中存在大量分布式发电时会引起一系列十分重要的问题。例如，许多小型分布式发电机在配电线路上位置的选择会如何影响配电系统的运行和控制？在先进发电技术的发展和竞争市场的推动作用下，电力系统的结构将如何发展？为适应对独立发电不断增长的需求，在经济和技术上存在矛盾的情况下，为协调配电系统的运行，应在市场竞争力和实时控制之间找到什么样的平衡？在新的运行环境下，辅助服务如何实现？下面两个因素影响小型分布式发电系统进入正在出现的市场的能力：1)第一个因素是传统的电力系统的法规可能限制了允许小型分布式发电系统进入市场的程度，特别地，零售竞争的加剧，以及将分布式发电指定为发电环节中

2、配电网络的一部分，都将限制分布式发电在涌现出的竞争式市场中所起的作用。2)第二个因素是分布式发电技术按日和按分钟的运行模式以及在配电系统中为协调如此短时的运行操作而建立的竞争市场。这种短期运行的协调可根据基于控制信号的市场来实现。尽管电力系统的法规对于定义分布式发电进入电力市场的标准很重要，但基于市场或基于价格的控制信号更重要，因为它将使分布式发电在电力市场上的运行更容易。对于一个能可靠和有效运行的分布式发电系统，系统的运行和控制方法必须能够满足维持系统服务所需的工程需要，并对电力系统的经济性能起到推动作用。4.2 电力系统发展电力系统发展配电系统的传统结构配电系统的传统结构多台分布式发电机配

3、电系统的未来结构多台分布式发电机配电系统的未来结构未来配电网中分布式发电未来配电网中分布式发电配电网自上而下运行，不受竞争市场的影响，潮流是单方向的，系统频率不会剧烈的变动，配电系统主要的控制任务是维持电压在特定的水平。分布式电源分散运行，配电网受竞争市场的影响，潮流双向流动，系统频率可能会发生变化动，分布式电源需要提供电压支持。4.3 系统系统功率不平衡功率不平衡当电力系统中出现电源和负荷之间的功率不平衡时，将引起系统频率变化。系统中不平衡功率可定义为某配电系统一天中日负荷曲线若系统总负荷功率与总发电功率匹配，则系统频率不变。但由于电力系统中负荷变化的随机性，很难保证电源功率和负荷功率的平衡

4、，或多或少将存在功率的不平衡。日计划输出功率4.4 分布式电源模型分布式电源模型(1)汽轮机(2)水轮机(3)燃气轮机1.发电机的状态方程发电机的状态方程2.汽轮机汽轮机3.水轮机水轮机(4)复合循环电厂(5)风力发电机(6)逆变器4.燃气轮机燃气轮机5.复合循环电厂复合循环电厂6.风力发电机风力发电机 4.5 分布式发电系统模型及频率调节分布式发电系统模型及频率调节1.分布式发电系统模型分布式发电系统模型配电系统模型：通过配电系统将所有单独的发电机模型耦合在一起，可得扩展状态空间模型。发电机模型：2.频率的二次动态调节频率的二次动态调节下垂系数为下垂系数为：汽轮机水轮机燃气轮机复合循环电厂风

5、力发电机频率二次调整动态频率二次调整动态离散化离散化模型模型水轮机燃气轮机复合循环电厂风力发电机3.配电系统频率仿真配电系统频率仿真单台CT情况下频率偏移系统具有二次频率调节时频率偏移4台燃气涡轮机系统频率响应水力机组和CT系统的频率响应4.频率稳定性分析频率稳定性分析特征值分析表4-3 单机模型的特征值汽轮机燃气涡轮机水轮机-0.50+j1.63-0.50+j1.63-5.66-20.24+j4.96-20.24+j4.96-0.12+j4.83-0.12+j4.83-0.03+j1.48-0.03+j1.48-7.17-0.36表4-4 30母线系统实例的特征值4台燃气轮机系统连续的4台燃

6、气轮机水轮机和燃气轮机-21.23+j4.94-21.23-j4.94-21.20+j4.92-21.20-j4.92-20.31+j2.41-20.31-j2.41-20.30+j2.40-20.30-j2.400.18+j5.720.18-j5.72-0.06+j4.97-0.06-j4.97-0.25+j3.77-0.25-j3.77-0.46+j2.95-0.46-j2.95-5.00-0.67-0.07+j0.22-0.07-j0.22-1.19-0.19-1.610.00-20.30+j2.41-20.30-j2.41-6.620.07+j4.330.07-j4.33-0.47+j

7、2.68-0.47-j2.68-5.00-1.26-0.90-0.17-0.06+j0.05-0.06-j0.050.00较大的线路阻抗与较小发电机惯性影响系统的性能：1)较小的惯性建立了系统动态特性与局部频率之间的强耦合，同时其阻尼较小，因此对振荡过程的阻尼效果较小。2)低压电网线路尽管比高压电网有较大的阻尼，但也不足以抵消小惯性的影响。水轮机和CT系统增加Ts水轮机与CT系统增加水电机转动惯量4台燃气轮机系统降低燃料控制器增益5.提供电压支持提供电压支持1.分布式发电机提供电压支持的任务 第一，由于提供的功率离负荷很近，小型发电机很容易改善电压质量。即使系统中所使用的功率绝大部分由集中供电

8、提供，分布式发电机仍可以作为同步调相机运行，从而可减少配电系统中实现电压支持的其他设备的需求。分布式发电机将起到就近进行负荷中心的无功不匹配的补偿作用，从而可推动远距离电能的销售。第二，通过分布式发电机提供自动电压调节(VAR)支持，这可通过控制电力调节设备中的电力电子元件的运行状态，使发电机母线电压保持为常数。电力调节设备可为分布式发电机提供超前或滞后的无功功率，因此可改善局部无功功率的不平衡。在这种运行方式下，分布式发电机可以像静止无功补偿设备那样运行，将在输电系统中充当灵活交流输电(FACTS)设备的角色。2.产业结构与局部VAR支持 当分布式发电机工作于竞争性市场时，只有在需要无功功率

9、补偿的时候才提供电压支持，因此需要开发电压支持的监视和费用的基本机制。开发推动分时计价的辅助服务方法和在自由竞争的市场中买电和卖电的服务是电网改造和解除电力管制的过程中一个重要的部分。4.6 分布式发电与市场结构集成时的控制分布式发电与市场结构集成时的控制市场中能量的整体价格可表示为价格反馈的预期发电机响应无价格反馈时功率偏差及价格偏差有价格反馈时功率偏差及价格偏差1.闭环价格信号模型闭环价格信号模型成本输出方程添加输出成本方程后，发电机的数学模型可以用表示为一般形式：2.离散时间价格模型离散时间价格模型竞争市场中的单个的价格方程价格信号形成动态模型动态价格方程水轮机汽轮机燃气轮机复合循环电厂3.闭环价格信号分析闭环价格信号分析无价格反馈时功率偏差及对应价格偏差有价格反馈时功率偏差及对应价格偏差有价格信号，但无AGC时的系统没有二次控制的系统特性单独一台燃气涡轮机参与价格反馈时发电量与价格偏差系统中存在风力发电机时的发电与价格偏差一台水轮机与一台燃气轮机系统中参数值的不确定性风力发电机输出增加后发电与价格偏移