摘 要

随着新能源的发展，光伏发电技术和电动汽车产业得到了广泛地应用。分布式光伏发电技术采用光伏组件，利用太阳能生产电能，依照就近原则进行发电、并网和使用。其替代化石燃料生产电能，减少环境污染的同时，也大大减少了电力系统的电能损耗问题，具有分布离散、环保高效的特点。电动汽车作为新兴汽车类型，与传统燃油汽车相比，运用充电系统进行充电不仅能减少污染、保护生态环境，更是为全球的能源危机问题做出了巨大的贡献。然而大量分布式光伏电源和电动汽车接入低压配电网将导致配电系统出现严重的负荷峰谷差以及三相不平衡问题。该问题将增加配电网的系统损耗，降低配电系统运行的安全性及平稳性。本文通过OpenDSS平台建立低压配电网、分布式光伏和电动汽车的稳态仿真模型，分析不同工况运行下电网的额三相不平衡度，提出一种基于主动负荷调控系统的低压配电网三相不平衡解决方案，有效降低线路损耗，提高配电系统电能质量。

关键词：分布式光伏发电；电动汽车；低压配电网；三相不平衡

Abstract

With the development of new energy, photovoltaic power generation technology and electric vehicle industry have been widely used. Distributed photovoltaic power generation uses photovoltaic modules to directly convert solar energy into electrical energy. According to the principle of near power generation, near grid connection, and near use, it replaces fossil fuels to produce electric energy, reduces environmental pollution, and greatly reduces power loss of power systems. Distributed photovoltaic power generation system has the characteristics of discrete distribution, environmental protection and high efficiency. As an emerging vehicle type, electric vehicles use charging systems for charging, which not only reduces pollution, protects the ecological environment, but also contributes to the global energy crisis. However, the large number of distributed photovoltaic power sources and electric vehicles connected to the low-voltage distribution network will cause severe load peak-to-valley differences and three-phase imbalance problems in the distribution system. This problem will increase the system loss of the distribution network and reduce the safety and stability of the distribution system operation. This paper establishes the steady-state simulation model of low-voltage distribution network, distributed photovoltaic and electric vehicles through OpenDSS platform, analyzes the three-phase unbalance of the grid under different working conditions, and proposes a low-voltage distribution network based on active load regulation system. The three-phase unbalance solution effectively reduces line losses and improves power quality in the distribution system.

Keywords：Distributed photovoltaic power generation; Electric vehicle

Low voltage distribution network; Three-phase imbalance

目 录

目 录 1

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外发展现状 1

1.3本文的结构 2

第2章 分布式光伏发电系统 3

2.1分布式光伏发电系统及储能微电网 3

2.2分布式光伏发电系统并网对配电网的影响 5

第3章 电动汽车充电特性研究 6

3.1电动汽车充电形式 6

3.2电动汽车用户习性 6

3.3电动汽车充电负荷特性 6

3.4电动汽车充放电系统接入电网分析 7

3.5电动汽车并网对配电网的影响 8

第4章 仿真分析 10

4.1 OpenDSS简介 10

4.2 OpenDSS应用思路 11

4.3仿真过程 13

4.4仿真结果分析 16

4.5三相不平衡对配电网的影响 19

4.6电动汽车三相负荷不平衡主动调控 20

4.6.1三相负荷不平衡主要调控方法 20

4.6.2三相负荷不平衡主动调控应具备的功能 21

4.6.3三相负荷调控开关阵列设置 21

4.6.4主动负荷调控功能模块设计 23

第5章 总结与展望 25

总结 25

展望 25

参考文献 26

附录 27

致谢 29

绪论

1.1研究背景及意义

随着国家电网的快速发展，分布式光伏与电动汽车在低压配电网的应用也越来越广泛，二者将便捷性与节能性发挥到极致的同时，其带来的电网运行问题与电能质量问题也不容小觑。由于分布式光伏和电动汽车具有较大的负荷波动性，其大量接入低压配电网将带来严重的三相不平衡问题，电力系统三相不平衡会使得系统损耗持续增大，因此也将大大降低配电系统运行的安全性。

近年来国家呼呼发展需考虑生态环境及能源剩余量，探索可再生新能源是发展的首要目标，所以以太阳能为核心的分布式光伏发电技术便受到了国家的重视及大力推广。发展应用成本低廉、节能环保的光伏能源，是全世界各个国家大力推广的主流趋势。分布式光伏能源具有极高的可靠性和可持续发展性,并且能够降低电力网络损耗、改善电能质量。在配电网中并入光伏发电系统将会影响配电系统的电能质量及孤岛运行等问题，将分布式电源以微电网形式在低压配电网中呈现是当今的研究热点。分布式电源对电网节点电压、网络潮流等方面的影响主要取决于其并入配电网的位置。倘若能得到一个良好的并网点，则大大减少网络损耗，所以分布式光伏发电技术推动传统电网发展的同时，也对电力系统以及电气设备提出了更高的要求。而电动汽车作为一种新兴的用电设备，随着其使用数量增加，必将出现电动汽车大规模出现在配电网用户端的场景。所以当分布式光伏与电动汽车同一时间出现在配电网时，必然会极大地影响配电网的运行状况，改变其原有的电能平衡水平及潮流分布情况。^[1]

1.2国内外发展现状

如我们所知，近年来逐步显现出的能源紧缺问题以及环境污染问题推动了光伏产业和电动汽车行业的发展。早前已实现了小型分布式单相光伏电源连接至配电系统，但是对于连接到配电系统的小型单相分布式光伏的模式和相位，较难全面控制与管理，难以评判光伏发电系统的电力输出是否均衡。而电动汽车节能环保性的提出，使得电动汽车得到了广泛地应用。然后“电动汽车”也是一把双刃剑，在给社会带去便捷的同时，由于电动汽车用户的无序充电行为，可能使电网出现超载运行、电压过限、三相不平衡等问题。但是随着科技的发展，对电动汽车充电进行提前预案、协调安排，便可以减轻由电动汽车并网所引起的三相不平衡等问题。^[2]

电压是评判电力系统是否平稳运行的重要指标之一，与电网电流、频率共同反映电网实时运行的安全性及可靠性。配电网电压特性与接入配电网的负荷水平密切关联，其随着接入负荷大小变化而变化。^[3]在理想情况下，考虑配电网其他负荷保持稳定不变，本文主要研究由电动汽车负荷接入配电网所引起的电力系统负荷变化及其产生的三相不平衡影响。电动汽车充电形式、电动汽车并网方式、电动汽车用户动作等因素都将对电动汽车负荷产生较为显著地变化。所以对于电动汽车负荷而言，其具有区域差异性及高度随机性。通过研究电动汽车用户不同并网行为所引起的三相负荷不平衡对于配电网的影响，进而提出了符合电网运行要求及电能供需质量的电动汽车有序换相充电方案。在分布式光伏系统持续为配电网发电时，使得电动汽车有序接入配电网，通过换相行为进行充电。为解决电动汽车并网后产生的电力系统三相不平衡等问题，以增大电网运行可靠性及降低电能损耗量为基本目的设计配电网模型，对分布式光伏与电动汽车的并网点进行灵活控制，分析各种工况运行下的电网三相不平衡度并得出其解决方案。

1.3本文的结构

分布式光伏和电动汽车大量接入配电网将引入严重的三相不平衡问题，该问题将增加配电网的系统损耗，降低配电系统运行的安全性。为解决上述问题，本课题主要通过研究电动汽车负荷单相接入配电网时电力系统的三相不平衡数据分析，继而提出一种基于主动负荷调控系统的低压配电网三相不平衡在线换相技术。

第二章首先引入了分布式光伏发电及微电网的概念，接着介绍了分布式光伏发电系统及储能微电网的电气接入拓扑结构，同时介绍了分布式电源接入系统的实时调度策略，最后重点分析了分布式光伏发电系统并网对配电网的影响。

第三章主要展示了电动汽车的充电特性研究。首先介绍了电动汽车的充电形式以及电动汽车用户充电习性。接着对电动汽车充放电系统接入电网进行分析，研究电动汽车并网对于配电网产生的影响，最后提出了电动汽车并网引起三相不平衡的检测与控制方法。

第四章主要介绍了OpenDSS软件的使用方法，并利用OpenDSS平台建立低压配电网、分布式光伏以及电动汽车的稳态仿真模型，通过仿真结果分析该模型产生的三相负荷不平衡对于配电网的影响，最终提出了电动汽车三相负荷不平衡主动调控方案策略。

分布式光伏发电系统

随着电气领域不断迈向新台阶，各行各业对于电能的需求也急剧增加。新时代发展追求高效节能的目标，其要求减少化学燃料使用，开发新能源产业。随着科研人员的创新研究，分布式光伏发电应运而生。近些年来国家陆续发布了推动分布式光伏发电建设的政策，使得分布式光伏发电产业迅速发展，全国各地陆续刮起了大批量安装分布式光伏发电的风潮，分布式光伏发电用户数量大幅增加。

2.1分布式光伏发电系统及储能微电网

传统课本教材告诉我们，通常电网主要有发电、输电、配电三个环节，按照发输配电要求将电能从发电厂配送至用户端。新时代电网为了提高效率、减少损耗，提出将新能源发电方式与传统发电方式并网运行。经查阅可知，由于传统发电方式与新能源发电方式存在着较大的电压等级差异及电网容量差异，所以一般将并网点安排至配电区。要想改变这一差异，顺应时代潮流，则需改变配电网的运行方式，将电源嵌入到配电网中。新时代电网全方位覆盖发展，为解决分布式电源复杂多样的并网问题、实现其高效灵活运用，特此引入微电网的概念，充分提高分布式光伏发电的效率及价值，也使传统电网逐渐向智能电网过渡。^[4]含分布式光伏与电动汽车负载的结构示意简图如图2-1所示：

图2-1 含分布式光伏与电动汽车负载的结构示意简图

分布式光伏发电采用光伏组件，将太阳能直接转变成电能，一般依照就近原则在用户使用场地附近建设，采用用户侧自发自用，多余电量存储的运行方式。其具有分布离散、环保高效的特点。依照着就近发电、就近并网、就近使用的原则，分布式发电系统不仅能够替代化石燃料等不可再生资源的消耗、减少环境污染，同时也大大减少了电力系统中在升压环节及配送环节的电能损耗问题。

微电网指的是由分布式微电源、储能装置、电力电子控制调节装置及负载等组成的低压配电网。其可以高可控性地“孤岛运行”，也可以连接主电网进行发配电，在大电网中发挥着到多储少补的功能，当电力系统出现运行故障或其他问题时，发挥“及时雨”功能为电力系统保驾护航，是一个多设备共存的自愈性极强的可控发电用电系统。

光伏发电将太阳能直接转化为电能，掌握不同地点太阳每日东升西落的规律，利用其循环性和时序性的原则，使得系统在资源上充分利用、有效利用，从而提高网发电效率。

根据本地区电动汽车用户的用电特性，结合可再生能源光伏的分布情况，构建含分布式光伏发电系统及储能微电网，考虑分布式光伏电源/微电网并网运行控制技术研究的需求，从配电网、分布式光伏和微电网三个部分构建设计电气网络拓扑结构^[5]，具体配置如下图2-2所示：

图2-2分布式光伏发电系统及微电网电气拓扑图

配电网：由备用线、站用电源线、变压器以及35kV交流母线及400V交流母线组成。

分布式电源系统：储能逆变器左侧部分为分布式电源系统，由50kWp、30kWp光伏以及交直流逆变器组成。

微电网系统：储能逆变器及其右侧部分为微电网系统，由50kWh储能锂电池、30kWp光伏、交直流逆变器、电动汽车负荷及无功补偿装置组成。

电动汽车负荷：电动汽车在某一时刻向电力系统取用的电功率的总和，称为电动汽车负荷。

备用线：线路上的备用元件，紧急情况下启用备用线。

一路站用线：又称站用电源线，电源线的主要作用是传输电流。电源线的结构主要是外护套、内护套、导体。

一路分布式电源：分布式能源发电系统完全颠覆了以往的大型的发电方式，采用先进的材料技术和自动控制手段，具有环保节能、便捷高效的生产特点。

储能装置：主要起平抑光伏发电功率波动的作用，减少对配电网的冲击以及不平衡度；当生产电量富余时，主动存储电能。储能装置不仅可以实现削峰填谷的电网目标，还能保证光伏发电的正常运行以及负荷的平稳运作。

光伏发电：光伏发电系统主要由太阳电池板(组件)、DC/AC光伏逆变器等组成。其中对太阳能电池进行串联组合，便组成了太阳电池板组件。

2.2分布式光伏发电系统并网对配电网的影响

使用分布式光伏发电系统进行发电时，由于光伏发电功率会呈现不稳定性，使得配电系统负荷电压电流等参数改变，则需要实时的改变调压方案，使得光伏发电系统接入配电网后的电压电流等潮流水平满足系统的平稳运行要求。查阅资料得知：随着光伏发电系统的发电容量占电网内总发电量比例逐渐增大后，可能导致电网频率出现波动，对电力系统或者用户用电产生负面影响。^[6] 对于光伏发电系统来说，按照逆变后的相数可以分成单相并网系统和三相并网系统，单相系统大多数由分布式光伏电源组成，如家用光伏系统以及本文中采用的分布式光伏系统。当大量单相分布式光伏系统接入低压配电网的同一相时，会造成严重的三相不平衡问题，影响配电网的平稳运行以及供电质量。

电动汽车充电特性研究

随着全球范围的能源危机逐渐加剧，不可再生能源逐渐消耗，开发新能源已成为全人类发展的新动力新目标。汽车行业也意识到能源动力问题是未来汽车技术首要考虑的发展目标，研发利用新能源驱动的电动汽车。电动汽车因其环保节能的优良特性收到了广泛地推崇和喜爱。而电动汽车作为新兴汽车类型，其并网将对电力系统规划和运转带来巨大的影响。

3.1电动汽车充电方式

当下社会电动汽车充电方式一般有正常充电、快速充电及置换电池三类。正常充电模式也称为慢速充电，可以直接借助一般用电进行充电，属于现如今最为广泛的充电形式，充电时间一般为5-8小时，具体时长由充电桩功率而定。正常充电模式适合家庭使用，借助外输电流给家用轿车充电，电流外输大致为10-15A，充电时间大概为6小时。

正常充电在三种电动汽车充电方式中是最安全最可靠的方式，在对电动汽车充电方式的选择时，人们一般首选正常充电方式。但是它的缺点是充电耗时长，倘若遇到特殊紧急情况，则需舍弃这种充电方式。发生紧急情况时一般采用快速充电方式。快速充电方式相比于其他充电方式电流、功率更大，可以使电动汽车的电池电量迅速实现到80%以上。这类充电模式对于电力设施有更高的要求，充电桩构建以及运转维护成本较高。利用短时充电站对电动汽车进行快速充电，能够使电动汽车在不启动的十几分钟到几小时的时间内迅速恢复电量，为用户提供快捷便利的充电服务。^[7]

置换电池也是属于当下较为流行的充电形式。其借助夜晚统一充电、白天有效更换、有效运用电池的形式，来实现均衡峰谷的效果。

3.2电动汽车用户习性

电动汽车用户的使用时间、使用习性等影响配电网的运行情况。假设电动汽车用户在配电网高峰阶段加以充电，会使得电网负担大大增加，若在非高峰阶段加以充电，则会使得电动汽车充电时对于电力系统的冲击与破坏大幅度减少，达到削峰填谷的目的。倘若充电站没有详细规划错开安排各电动汽车的充电时间，根据现社会朝九晚五的工作时间，大量电动汽车会选择在每天的十七点之后充电，这样导致的最终结果是电力系统负荷迅速增加，配电网运行缓慢，且可能使得电能质量逐渐恶化，加重配电网的负荷三相不平衡；反之，若是引导用户错开高峰期夜间充电，则可减轻上述负面影响，增加负荷机组的利用率，实现削峰填谷的目的。

3.3电动汽车充电负荷特性

家用电动汽车充电灵活，使用便利，因此选择家用电动汽车研究其充电负荷特性最佳。以电动汽车充电时间、充电功率、充电接入相为研究变量，建立起电动汽车有序充电优化模型。主要以分布式光伏电源不平衡接入、平抑负荷曲线以及减小配电网三相不平衡为研究目标，最后考察验证本文提出的三相负荷不平衡主动调控方案在改善负荷曲线和缓解三相不平衡方面的效果。

研究家用电动汽车的充电负荷特性时，可根据其出行规律及充电过程确定。^[8] 根据现有文献对2009全美家用汽车的出行统计数据研究可得：家用电动汽车的出行时间、返回时间、日行里数概率分布函数。满足对数正态分布式3-1：

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：