潮流发电（精选7篇）
潮流发电 篇1
1 引言
随着海洋能战略地位的日益突出,全世界各国都在争取占据海洋能开发利用的技术高地。我国是最大的发展中国家,CO2的排放量居世界前列,中国已然成为世界第二大能源消费国,面临巨大的节能减排压力,为海洋能开发利用提出了迫切的要求。近些年来,世界各国都把目光投向了可再生新能源的开发,将其作为可持续发展的基本举措。可以说,探索和开发利用清洁高效的可再生能源,将是21世纪能源发展的必然趋势。潮流能是海洋可再生能源的一种,指潮流做水平运动所含有的动能[1]。
我国海岸线长达18 000km余,在海湾湾口、岛屿之间的水道存在着强潮流运动,具有广阔的潮流能开发前景。潮流能开发利用之前,首先必须了解其潜在量、可开发量以及时空分布特点等,摸清潮流能资源的基本情况。截至目前,美国、加拿大、英国等发达国家都对其潮流能资源做了评估,我国也进行了3次较大规模的潮流能资源调查,分别是:1986年开展的沿海农村海洋能资源区划;2004年启动的“我国近海海洋综合调查与评价”专项,即“908专项”,对我国沿海海洋可再生能源潜在量和可开发利用量进行了调查与评估工作;2010年财政部“海洋可再生能源专项资金”项目。其中,“908专项”海洋能调查评估研究结果显示:我国近海主要水道(99条水道)的潮流能资源潜在量为832.51万kW,技术可开发装机容量166.49万kW,技术可开发年发电量145.86亿kW·h。在随后开展的海洋可再生能源专项资金项目中又在前期的基础上选择了潮流能资源丰富的我国渤海海峡、成山头外、胶州湾、斋堂水道、长江口、杭州湾、舟山海域、三沙湾、金门水道、琼州海峡10个重点海域的潮流能资源的时空分布特征进行了分析,利用FLUX等方法计算了10个区域75条水道(断面)的潮流能资源总量,结果表明,75 条水道截面的潮流能资源理论潜在量约为556.25 万kW,理论年发电量为487.28亿kW·h,技术可开发量为81.88万kW,年发电量为71.73万kW·h[2]。
随着世界各国对海洋能开发利用重视程度的不断加深,潮流能转换技术已成为成熟度较高(仅次于潮汐能技术)、最具开发利用前景的可再生能源之一。 然而,由于潮流能转换技术还未最终定型,其开发利用形式、安装布放方式、叶轮尺度、转换效率等方面存在着较大的差异,而上述因素不仅直接影响着潮流能水轮机阵列布局、年发电量、功率预测等潮流能资源的精确评估,也将对未来我国大规模开发利用海洋能涉及的海洋功能区划修订产生影响。
为此,本文按照潮流能水轮机发电原理的不同分别介绍了国内外潮流能装置的利用特点及应用情况,并总结了一批适合我国海洋特点的潮流能转换装置,可为我国潮流能开发利用提供重要参考。
2 潮流能发电装置调研
潮流能发电装置是将潮流动能转换为电能的装置或系统,由海上支撑载体、发电机、电能变换与控制系统、获能装置(水轮机)、负载系统与电力传输等5个子系统组成。潮流能发电装置可以按照工作原理、外部结构特征、安装布放方式的不同进行分类[3]。
按照工作原理分类,主要包括水轮机类型和其他类型,其中水轮机又可分为水平轴和垂直轴水轮机,其他类型包括振荡水翼式、螺旋叶片式、Savonius发电形式、文丘里式等多种类型。
2.1 水平轴式水轮机
水平轴水轮机主要由桨叶、轮毂、机舱、制动舱、制动器、传动机构、密封、发电机、整流励变控制器、对水机构和塔架等组成,其中两片或三片桨叶安装在轮毂上构成叶轮,制动器、发电机、传动机构、整流励变控制器和对水机构都密封于机舱内,机舱与叶轮浸没在海水中,叶轮的旋转方向由对水机构调节始终保持正面迎着水流(图1),塔架对机舱起固定作用[4]。该类型涡轮机代表类型较多,主要包括英国MCT(Marine Current Turbines)公司联合多家机构研制的SEAGEN、爱尔兰的OPEN-HYDRO、挪威Hammerfest Strom公司发展的Blue Concept、美国的Verdant,加拿大的Clean currents等,还包括我国哈尔滨工程大学、中国海洋大学等高校研制的类似设备。
2.1.1 SEAGEN
2003年英国MCT(Marine Current Turbine)公司于英国Bristol海峡成功安装了300kW “Sea-flow”水平轴潮流发电装置SEAGEN,该装置特点是:采用置入海底的钢质桩柱式结构固定发电机组,机组可升降至海面以上进行维护和检修,叶轮直径11 m。之后,MCT公司又开发了1 200kW(2×600kW)的 “SeaGenS”潮流水轮机,该装置的特点是:钢质三腿单桩柱,叶轮直径16m,额定流速2.4m/s,180°变桨距叶片适应双向潮流,于2008年在北爱尔兰Strangford成功并网运行,是世界上首台兆瓦级潮流能发电装置[5]。
2.1.2 Free Flow System
Free Flow System装置由美国Verdant Power公司制造,是3叶片固定倾角水平轴水轮机,座底式安装,叶轮机直径4.68m,额定流速2.2m/s,额定功率35.9kW,在纽约East河安装了6台全尺寸的样机,装置历经9 000h的连续测试,共计发电量8 000kW·h。该公司于2012 年获得了联邦能源监管会(FERC)的商业许可,正在进入更大规模的潮流能开发阶段[6]。
2.1.3 Blue Concept
挪威HSAS(Hammerfest Strom AS)公司研制了坐底式三叶片水平轴潮流能水轮机称为 “Blue Concept”。水轮机具有自动对流功能,工程样机于2003年在挪威Kvalsundet水道安装,经4年运行测试,已正式并网发电。2009 年安装了改进型的300kW机组HS300,叶片长10 m,座底式结构重200t。2011 年开始研制1MW全尺寸样机HS1000,在Orkney群岛的欧洲海洋能研究中心(EMEC)进行测试[7]。
2.1.4 TidEL
TidEL水轮机是由英国SMD Hydrovision公司设计,属于悬浮式水平轴,整套装置结构简单,适用于超过30 m水深,双转子水轮机完全浸没水下运行,单点固定,减小了波浪冲击,叶轮直径18.5m,额定流速2.3 m/s,总功率1 000kW。在Blyth对1∶10的水轮机模型通过了测试,2006年全尺度模型在Orkney进行了测试[8]。
2.1.5 Open Centre
爱尔兰OpenHydro公司开发的Open Centre水轮机最大的特点是结构比较简单,中央式固定桨叶轮,直径6m,导流罩与发电机定子为一体,启动流速低,250kW试验样机于2006年在EMEC进行测试,整个样机由双桩柱式结构支撑,2008年5 月发出的电力并入英国电网[9]。2009 年为加拿大Nova Scotia Power公司设计建造了1台1 000kW商业型示范样机,直径10m,重400t,同年11月成功安装于加拿大Fundy Ocean Research Centre for Energy试验场[10]。
2.1.6 Clean Current
CC100B水轮机是由加拿大Clean Current Power Systems公司设计的,单转子双向带导流罩的水平轴水轮机,于2006年建成,额定功率500kW,叶片直径10m,安装水深大于13m,设计寿命25年。2007年在BC Race Rocks进行了测试。2008年10月,对水轮机进行了修复和清理,同时优化了导流罩[11]。
2.1.7 海明I
哈尔滨工程大学的10kW水平轴水轮机发电装置“海明I”号于2011年9月投放于浙江省岱山县小门头水道,带导流罩的叶轮直径2m,在2.0m/s流速下发电功率10kW,系统效率78%,非导流罩的叶轮直径2.5m,在2.3m/s流速下发电功率10kW,系统效率34.5%。装置外形尺寸9.0m×7.5m×6.5m,采用重力坐底式固定,支撑结构重20t;发电机组有自适应180°换向尾翼[12],发出的电力为水道附近的仙舟桥“海上生明月”灯塔照明和供热。
2.1.8 东北师范大学
东北师范大学于2006年研发了直驱式水平轴海流发电装置,装机容量0.5kW,启动流速低于0.25m/s,可在水下30 m以浅深度运行。通过海上实验初步形成了水下发电机密封技术、直驱式低流速发电装置整体结构。在国家科技支撑计划支持下,该校研制了20kW水平轴自变距潮流能发电装置,4 叶片定桨叶轮叶片直径5 m,启动流速0.7m/s,设计流速2.1m/s,额定转速40r/min[13]。该装置的研制重点在于具有较强的环境适应性和运行的可靠性,即能够适应我国海域潮流高流速时间短、平均流速较低(0.5~2m/s)等特点。
2.1.9 浙江大学
浙江大学于2006年研制了5kW固定式水平轴螺旋桨式潮流能水轮机[14],转子旋转直径2 m,在2m/s流速下,转速50r/min,并于2006年4月26日在浙江省舟山市岱山县进行了海上试验。2009年,浙江大学继续发展了25kW的半直驱水平轴潮流发电装置样机,设计额定功率25kW,额定流速2m/s,叶片长2.2m,转速45r/min[15]。2009年5月,在浙江省小门头水道进行了海试。2010年海洋能专项资金支持该校研制了60kW半直驱水平轴潮流能发电装置工程样机,2014年5月在摘箬山岛海域进行了海试,海试发电最大功率达31.5kW,转换效率0.371[16]。
2.1.10 海洋能专项示范工程
2010年财政部海洋可再生能源专项资金项目启动,哈尔滨工程大学参与500kW海洋能独立电力系统示范工程项目,负责桩基立轴式潮流能发电装置1座“海能Ⅱ”,2台100kW机组总装机容量200kW,叶轮直径12m,启动流速0.6m/s,极限流速2.0m/s,额定流速1.7m/s,能量利用率大于25%。该方案是根据电站安装海域(青岛市斋堂岛水道)环境条件而设计。发电机组由单桩(基础)、水轮机(叶轮、轴系)、增速器、发电机及其支撑结构等组成,是一种适应低流速的较大功率潮流能发电装置。
2.2 垂直轴式水轮机
与水平轴水轮机相比,一般情况下,垂直轴水轮机没有对水机构,其他结构基本相似。机组利用叶轮获取潮流能,海水经叶片产生垂直于海流方向的上升力,使叶片转动,利用机械传动,变速机驱动发电机工作,发出电能。机组的输出功率为能量机组效率、潮流能能量大小与利用系数的乘积。此类装置的转轴方向与流向垂直(图2)。该类型装置主要包括意大利阿基米德桥公司(PdA,Ponte di Archimede S.p.A.)研制的ENERMAR系统、哈尔滨工程大学研制的万向I和万向II等。
2.2.1 Blue Energy
加拿大Blue Energy公司是较早开展潮流能垂直轴水轮机研究的单位。其中著名的Davis Hydro Turbines就是以该公司工程师Davis命名的,水轮机采用的是4个固定偏角叶片,额定功率250kW,整个转子安装于一个固定在海底的沉体中。另外,耦合器、发电机及电力控制系统处于一个干燥的环境中,沉体的特殊构造可以加速水流,提高水轮机的效率[17]。
2.2.2 Kobold水轮机
Kobold水轮机由意大利PdA (Ponte di Archimede S.p.A)公司设计,于2002 年在墨西拿海峡(Strait of Messina)成功建成装机容量120kW的漂浮式电站,漂浮式载体直径10 m,水轮机采用的是变偏角式,三叶片叶轮直径6 m,叶片弦长0.4m,长5m。电站第二期建设中,加载了太阳能发电,功率6kW,实现互补发电,测得该水轮机能量利用率在0.23左右,通过海底电缆将发出的电力并入当地电网,这是世界上第一个接入电网的垂直轴能水轮机[18]。
2.2.3 万向系列
2002年4月,由哈尔滨工程大学研制的我国首座70kW漂浮式潮流实验电站“万向I”在浙江省岱山县龟山水道建成,装置的载体为双鸭艏式船型,搭载水轮机、发电装置和控制系统;锚泊系统由4套重力锚块、锚链和浮筒组成;水轮机采用立轴可调角直叶片摆线式双转子机型,直径2.5m,水轮机主轴输出端安装液压及控制系统进行调速,将机械能转换为稳定的压力能和稳定的输出转动,带动发电机工作,具有蓄电池充电控制、并网控制和相关的保护功能。在流速2~2.5 m/s时,平均发电功率5 ~25kW[19]。
2005年12月,“万向II”40kW坐海底式潮流能发电实验电站在岱山建成。装置建于岱山县高亭镇与对港山之间的潮流水道中,是一个独立供电系统,采用弹簧控制叶片偏角H型双转子水轮机,直径2.5m。载体呈双导流箱形,由机舱、浮箱、导流罩、沉箱和支腿构成,机械增速系统与发电机组密封于机舱中。电站沉没于水下,坐在海底上运行发电,避免了潮流发动机组受强台风袭击的问题。电力通过海底电缆输送到岸上,经电能变换与控制等系统稳频稳压和储能供岸上灯塔照明。电站具有下潜和上浮功能便于安装维护[20]。
2.2.4 海能I
2010年,在科技部“支撑计划”支持下,哈尔滨工程大学在龟山航门研建150kW潮流能电站“海能I”。电站载体平台为双体船漂浮式结构,由弹性系泊系统定位,立轴自调角直叶水轮机作为潮流能转换装置,叶轮直径4m。水轮发电机组、电能变换及保护设备安装于海上电站载体平台上,发出的电力通过350m海底电缆上岸接入官山岛岸上独立电力系统,控制设备及演示系统置于海岛上的变配电控制室内,设置电站远程监测系统,能够在官山岛(偏远海岛)和岱山县高亭镇(城市)进行电站的运行监控,2012年测得系统效率大于30%。
2.3 其他形式
其他形式潮流能转换装置主要包括振荡水翼式、螺旋叶片式、Savonius发电形式、文丘里式等。
振荡水翼系统的潮流能发电装置是借鉴了“游鱼”的尾部运动特征,通过潮流作用使发电系统尾翼上下摆动而产生动能,进而转换为电能。主要由翼板、摇臂和支撑结构组成,摇臂底部与垂直结构相接,顶部与水平翼板相接。在垂直结构和摇臂之间有液压油缸,上下振荡的摇臂压缩活塞运动,将机械能转换为高压能量,再通过液压马达将压力能转变为旋转机械能,带动发电机发电。这种装置的特点是用往复运动的水翼代替了旋转叶片[21]。2002年8月,第一架150kW Stingray原型示范机组在英国设得兰群岛附近的Yell Sound进行了测试。
GHT水轮机由美国Gorlov Helical Turbine(GCK)公司设计,叶片设计成了有一定的扭曲角度的垂直轴螺旋叶片。另外,OCGen水轮机由美国Ocean Renewable Power(ORPC)公司设计,同时也采用了螺旋叶片方案,额定功率60kW,采用横轴布置方式,并且发电机两侧采用了旋向相反的两个叶轮,这样又可以抵消螺旋叶轮旋转产生的轴向力。该水轮机已进行了多次海上试验。
EXIM水轮机由瑞典Seapower公司设计,是在Savonius风力机的基础上的一种阻力型潮流能水轮机,获能效率相对较低,但能产生较大的转矩,Savonius风力机叶片与转轴平行,即为直叶片,叶片处于一定位置区域时,难以自启动。印度理工学院对有一定螺旋角的Savonius水轮机进行了实验研究,结果表明水轮机在任意角度都能自启动,最大获能系数接近0.2。
文丘里(Venturi)系统基于Bernoulli效应,通过潮流流经狭窄节流口产生的压力差驱动发电机工作。这类装置相当于在横轴或纵轴叶轮的外部增加一个文丘里管,这可使通过水轮的水流能量更加集中,驱动转换效率更高。代表公司为英国的月能公司(Lunar Energy)的RTT(the Rotech Tidal Turbine)技术,海王星可再生能源公司(Neptune Renewable Energy)的NP(The Neptune Proteus)技术。
Tidel Sail系统由挪威TSAS(Tidal Sails AS)公司设计,主要由金属导线、齿轮和帆叶等构件组成。工作原理是水流推动帆叶,帆叶拉动金属导线,驱动齿轮转动,最终带动发电机工作。
Nereus潮流能装置由英国ARC(Atlantis Re-sources Corporation)公司设计,专门为近岸浅水环境设计,叶片有倾斜角度的安装在链形式的装置上,水轮机获取流体动能驱动链条转动。该装置于2008年7月进行了400kW的拖拽试验。
潮流能转换装置bioSTREAM系统由澳大利亚BPSP(BioPower Systems Pty)公司设计,原理是基于浮游生物的前进方式,流过装置水流的能量驱动推进器克服发电机的扭矩从而发生摆动。当海洋流速度过大,BPSP系统将自动沿着潮流方向改变,以避免潮流的侵袭,目前250kW的试验系统正在研制中。
VIVACE系统概念由美国VHE (Vortex Hydro Energy)公司于2005 年11 月提出。2011年,该系统进行了原型测试,工作原理主要是将水流引起的涡激振动转换为电能,能源密度更高,对于周围的居民和鱼类毫无影响。目前,VIVACE系统已经投入商业运行。
Eel系统由美国OPTI(Ocean Power Technol-ogies Inc)公司开发,是一种新型装置,使用高分子压电材料转化流体机械能为电能。Eel系统既可以用于海洋中,也可使用于河流中,启动流速仅0.4m/s。Eel发电系统利用直壁体后的尾涡拉伸压电单元。而内部的电池储存Eel系统产生的多余能量,以供水下无人机器人或传感器工作时使用。
2008年中国海洋大学在国家 “863”计划项目资助下,制作了5kW柔性叶片潮流能发电水轮机进行海上样机试验,该水轮机在结构性能上具有独到优势:在结构上,叶片采用高分子薄膜材料、帆布等柔性材料直接剪裁制作成形,易于维护、保养和更换,特别是当作较大装机容量水轮机时柔性叶片在加工、运输、维护上体现出较大的优势,同时柔性叶片具有重量轻、造价低廉、耐腐蚀的独特优点;在性能上,柔性叶片潮流能水轮机具有单向旋转特性,其转向与来流方向无关,仅与叶片安装方向有关;具有不同于纯升力型或阻力型水轮机的独特水动力学特性,在旋转过程的绝大多数位置产生同向力矩,具有较高效率;水轮机起转流速低,在水槽实验中0.3m/s流速下转子便可很好起转,海上样机实验中,0.5 m/s流速下已开始较为稳定的发出电能,具有良好的推广应用前景[22]。
2.4 主要工程及其技术参数
本文按照潮流能水轮机的发电原理的不同分别介绍了国内外潮流能装置的利用特点及应用情况,总结归纳了各形式特点及装置参数。 目前主流的潮流能一级转换装置仍与同属流体能源的风电设备类似,属于水平轴类型,占总设备类型的50%,其次是垂直轴类型,约占设备类型23%,其他非主流装置总和约为27%;其中多数装置(算整机装机容量)属于百千瓦级,兆瓦级装置还较少,仅有MCT、Hammerfest Strom、Lunar Energy、SMD Hydrovision、OpenHydro 5类,显然,功率大的装备其尺寸也较大,因此对水深的要求也较为苛刻;各类装置启动流速较高,均超过0.7 m/s,额定功率流速一般均超过2m/s,还不太适合向流速较低的普通海域推广,就其安装布放形式来看,仍以座底式居多,由于潮流能资源富集区多位于海湾口、海峡或水道等航道资源稀缺处海域,此类也较漂浮式装置更有利于未来的应用推广。
3 结论与讨论
通过对目前主要潮流能转换装置进行调研分析,详细介绍了水平轴、垂直轴和其他形式潮流能发电装置的构造以及主流装置的设计参数和试验示范情况,重点对比分析了不同类型潮流能发电装置的特点和技术参数,并简要总结了我国潮流能示范电站安装运行情况,为我国潮流能资源的开发利用和潮流能装置测试区建设提供重要的科学参考。
总体上看,现阶段由于缺少潮流能量发电系统海上长期运行的性能和成本数据,因此很难对不同形式的潮流能量转换装置的性能进行精确的评定。目前还没有一种形式的潮流能量转换装置具有明显的技术优势而被广为认可。但现有的在建、已建项目和概念设计项目统计中,水平轴式装置仍是主导。当然,涉及特定项目中对潮流能装置形式选取时,应根据具体的安装位置和设备特点分析获得。
另外,水平轴式的导流罩的作用也是一把双刃剑,一方面能够起到聚流的作用,使潮流能发电装置适应低流速;另一方面可以起到导流的作用,使装置适应潮流的双向流动特性。但是导流罩装置一方面会增加设计制造成本;另一方面减小了转子的尺度,即减小了叶轮有效能量获取截面积。文献中统计水平轴式水轮机潮流发电项目中使用导流罩的比例为33%;垂直轴式水轮机潮流发电项目中使用导流罩的比例是48%。应综合考虑各方面因素对导流罩装置及其结构形式进行选取。
再者,潮流能发电装置的布放形式选取也是其开发利用的一项重要技术环节,决定了潮流能发电装置的安装位置,潮流能资源丰富区域多位于海峡、水道、湾口等航运十分频繁区域,虽然漂浮式布放的安装结构和维护更为简单,但却与通航等重要海洋经济产生冲突,因此从长远的角度说,坐底式布放将更具潜力。
摘要：潮流能是海洋新能源中相对稳定且可提前预报的一类,较传统的拦坝式潮汐能开发具有环境影响小、开发规模灵活等优点,其大力发展可为海岛经济发展和海洋观测设备提供能源。文章对潮流能发电技术的研究现状进行了总结分析,详细介绍了水平轴、垂直轴和其他形式潮流能发电装置的构造以及国际上主流装置的设计参数和试验示范情况,重点对比分析了不同类型潮流能发电装置的特点和技术参数,简要总结了我国潮流能示范电站安装运行情况,并对其装置类型、导流罩作用以及布放形式等内容进行了讨论,可为我国潮流能资源的开发利用和潮流能装置测试区建设提供科学参考和设计依据。
关键词：潮流能,发电装置,参数分析,现状
潮流发电机全向导流罩设计 篇2
随着传统能源的日益减少和人们环境保护意识的, 新能源的开发与利用的工作正如火如荼的展开。我国海洋潮流能资源比较丰富, 但流速普遍不高[1,2,3,4]。为了提高潮流能的捕获效率, 国内外学者已经提出了在水轮机外围加装导流罩的解决方案[5,6]。本文设计了一种新型的全向导流罩, 可以实现低成本、有效提高捕能效率的目的。
2 导流罩设计方案
导流罩是罩在潮流发电机水轮机外部的导流装置, 根据流体动力学原理, 一般为流线型壳体, 能引导潮流流进水轮机, 通过提高潮流速度来提高潮流发电装置的发电效率。现有技术中的导流罩大多固定对着某个方向。如果要调整方向, 需要安装复杂的调向装置。因此, 为了解决现有技术所存在的问题, 需要设计一种能够对各个方向的来流均能进行导流的导流罩。
为了克服现有技术领域存在的问题, 本文设计了全向导流罩, 解决了结构复杂、安装复杂等问题。全向由导流罩框架、上盖板、下盖板和四个导流片拼接组成。
全向导流罩框架由等长度的角铁焊接而成, 构成正方体的框架, 并在表面涂防锈漆。四个导流片的形状相同且为圆弧状周向对称分布, 并在表面涂有防锈漆。四个导流片的根部平行固定安装在导流罩框架的四根竖梁上。上盖板、下盖板形状相同且上下对称安装, 可由不锈钢板板冲压而成, 并在表面涂有防锈漆。上盖板、下盖板的四周边分别和导流罩框架的上、下四根横梁固定在一起。全向导流罩框架、上盖板、下盖板和四个导流片之间的联接方式采用铆接或者焊接固定。
全向导流罩的设计方案如图1~图7所示。图中标注:1-全向导流罩框架;2-导流片;3-上盖板;4-下盖板。全向导流罩框架采用等长度的角铁焊接而成, 构成正方体的框架, 并在表面涂有防锈漆。四个导流片的形状相同且为圆弧状周向对称分布, 可以采用不锈钢板冲压而成, 并在表面涂防锈漆, 也可以采用工程塑料或者有机玻璃。四个导流片的根部平行固定安装在导流罩框架的四根竖梁上。上盖板、下盖板形状相同且上下对称安装, 可由不锈钢板冲压而成, 并在表面涂有防锈漆, 也可以采用工程塑料或者有机玻璃。上盖板、下盖板的四周边分别和导流罩框架的上、下四根横梁焊接或者铆接固定在一起。导流罩框架、上盖板、下盖板和四个导流片之间的联接方式采用焊接或者铆接固定。由于海水腐蚀性较大, 在实际工作环境中, 每一个部位都应该涂上防锈漆, 同时也能够防止海洋生物的附着。
3 结论
本文设计的全向导流罩, 设计合理、结构简单, 全方位导流, 导流面积大, 可以采用角铁和不锈钢板制作完成, 极大地降低了制造成本、安装成本和维护成本, 便于市场化推广。
参考文献
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潮流发电 篇3
电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。电力系统需要稳定运行才能保证电网的正常, 但是由于外界的干扰或者负荷的变化都会影响电力系统的稳定, 从而影响电能的质量。
本文应用电力系统综合分析软件对wscc-40节点含风力发电的电力系统进行了潮流和稳定分析计算, 讨论了风力发电机组接入电力系统后对系统潮流和稳定的影响, 得出分析结果, 为系统运行和规划改造提出参考意见, 提高电网运行效率。
二、仿真软件
电力系统综合程序 (Power System Analysis Software Package, PSASP) 有三层结构, 第一层是公用数据和模型的资源库, 其中包括电网基础数据库、用户自定义模型库、固定模型库、用户程序库, 用于进行数据和模型建立;第二层是基于资源库的应用程序包, 其中包括:故障分析、稳态分析、机电暂态分析, 用于各种计算分析;第三层是计算结果和分析工具, 分析计算后生成结果数据库。
节点的电压和相角, 以及支路的功率损耗、网络损耗等都可以通过该程序的潮流计算得到, 并通过结果来分析电压越线及过负荷等问题;暂态稳定计算则用于分析系统在受到干扰后恢复稳定的情况, 分析影响系统稳定的因素, 从而进一步找出提高稳定性的措施。
三、WSCC-40节点电力系统简介
WSCC-40节点含风力发电机组电力系统是在39节点电力系统基础上并入2MW风力发电机组, 并根据并入的风力发电机组的特点, 观察其对原电力系统的电压及潮流的影响, 通过增加无功补偿和调节母线电压来维持整个电网的稳定。该系统整个网络的电压等级为110Kv, 各发电机的电压等级为6.5Kv和10.5 Kv。为了研究的方便, 本系统设置了一个平衡节点, 即发电机3, 该平衡节点的作用是在进行电力系统潮流计算时满足整个电网的功率平衡和稳定。该电力系统具体构成元件及其连接方式参见图1。
四、潮流分析
PSASP在两种编辑方式下的使用步骤如下:一是输入电网数据, 二是方案定义, 三是数据检查, 四是作业定义, 五是执行计算, 六是报表输出结果。
(一) 基础数据。基础数据包括母线数据, 交流线数据, 发电机数据, 两绕组变压器数据, 负荷数据等, 部分数据如表1所示。
(二) 潮流计算。将基础数据输入到电力系统综合分析软件中, 检查数据无误后即可进行潮流计算。将电力系统中负荷数据的100%、75%、50%分别进行潮流计算, 得到该电力系统的大、中、小负荷潮流计算。
(三) 计算结果。大负荷方式潮流分析计算结果包括潮流计算摘要信息报表、结果综述报表、全网母线 (发电) 结果报表、全网母线 (负荷) 结果报表、全网交流线结果报表、全网两绕组变压器结果报表等, 其中结果综述报表及其潮流分布图如图1。
将负荷分别降低到75%和50%完成中负荷方式潮流分析计算以及小负荷方式潮流分析计算 (计算结果略) 。由上述潮流计算分析可知, 该电力系统在符合变动时电压会有波动但是还在维持系统稳定的范围内。如果电力系统负荷变动较大影响整个电力系统的稳定时, 就需要对母线电压进行调整, 如提高起始点母线电压, 增加无功补偿装置等。
五、暂态稳定分析计算
(一) 单相短路。选择支路25为短路线对该系统进行稳态分析, 做单相短路结果如下:
直接方式输出
由图2可知各发电机功角在系统遇到单相短路后有一些偏离, 但经过一段时间后功角重新恢复到新的平衡, 整个电力系统恢复稳定状态。
(二) 三相短路。同样选择支路25为短路线进行三相短路稳态分析, 做三相短路结果如下:
直接方式输出
由图3结果可知该系统对于三相短路故障同样具有稳定性, 但三相短路故障比单相短路故障对电力系统产生的影响较大, 发电机功角波动幅度较大。
提高电力系统稳定性的措施有:采用自动励磁装置, 减小元件电抗即采用分裂导线或串联电容器;提高电压等级;采用并联补偿或改变网络结构等。据了解, 在实际运行中, 对于一些大的电力系统干扰, 采用切除发电机、快速切除故障、切除负荷等控制措施, 功角曲线变化不同能使系统暂态稳定性得到提高。
六、结语
本文以39节点电力系统为基础加入风力发电机组, 建立了简单的电力系统网络, 讨论了整个电网的功率平衡、电压稳定及暂态稳定。从该电力系统的稳态结果分析来看, 该系统具有一定稳定性, 对于单相和三相短路故障能较快恢复到平衡。
本文给出了一些提高电力系统电压稳定性的方法和措施。电源规划的原则是尽可能地保证功率的平衡, 同时考虑到经济性, 不可避免长距离的输电, 因此静止无功补偿是一个重要考量, 使系统实现可控的电压支撑。同时在研究中制约仿真结果正确性的主要因素是负荷模型和实际情况相差较远, 因此下一步的研究方向则是如何建立贴近实际情况的负荷模型, 建立完善的事故预案准备, 进而提高系统的电压稳定性。
摘要：风电并网给电力系统的安全稳定运行带来挑战, 对电网的潮流分布和暂态稳定性都会产生重要影响, 因此研究探讨含风电机组的电力系统具有重要意义。本文运用电力系统仿真软件电力系统综合程序针对WSCC-40节点含风力发电机组的电力系统进行潮流分析计算, 通过暂态稳定分析计算结果来考察电力系统的稳定性, 为实现电网的安全稳定运行提供依据, 并对电网运行和规划改造提出建议。
关键词：风电并网,潮流分布,暂态稳定性,电力系统仿真
参考文献
[1]丁晓莹, 王锡凡.考虑输电网络损耗的节点电价计算方法[J].电力系统自动化, 2005, 22
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[4]迟永宁.大型风电场接入电网的稳定性问题研究[D].中国电力科学研究院, 2006
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[6]电力系统分析综合程序基础数据库用户手册[R].北京:中国电力科学研究院, 2001
[7]电力系统分析综合程序潮流计算用户手册[R].北京:中国电力科学研究院, 2001
潮流发电 篇4
潮流能是指潮流作水平运动所含的动能。相比其他的可再生能源,潮流能具有较强的规律性和可预测性,功率密度大,能量稳定,其利用形式通常是开放式的,不需要建造大坝,对海洋环境影响较小,因此潮流能是一种优秀的可再生能源。中国的潮流能资源较为丰富,据统计,中国沿岸潮流能的理论平均功率约为14 GW[1],开发利用潮流能对改善国内的能源消费结构、缓解沿海及海岛地区的能源压力具有重要意义。
利用潮流能进行发电的装置通常是一个复杂的非线性、多变量及强耦合的机电系统。虽然其工作原理与风力发电机有很大的相似性,但是它具有一些自身的特点:(1)海水的密度约为空气的800倍,对于相同功率等级的机组,潮流能发电装置的叶轮直径仅为风力机组的1/2左右,所以体积小[2];(2)相对于风的瞬息万变,潮流能的稳定性及高可预测性对于潮流能发电装置的功率输出来说非常有利;(3)恶劣的海洋工作环境使潮流能发电装置需要具备较高的可靠性,必须要考虑结构腐蚀、密封、叶片损坏、系统维护、大的轴向受力及气蚀等问题[3]。
水平轴式的潮流能发电系统因具有较高的工作效率和较好的自启动性能,逐渐成为研究的热点。英国和挪威在该研究领域走在世界的前列,并同时于2003年进行了300 kW水平轴潮流能发电样机的海上试验[4,5]。美国、加拿大及爱尔兰也于近几年开展了水平轴潮流能发电原型样机的研究,并进行了海上试验[6,7,8]。除了商业领域的研究,英国Bahaj等人在实验室对水平轴式潮流能发电装置的水动力学性能进行了大量研究[9,10,11,12]。英国Strathclyde大学对一种同轴双叶轮结构的潮流能发电装置开展了研究[13]。此外,英国Wales Swansea大学对直驱式定桨距潮流能发电装置开展了研究[14]。
国内目前对潮流能发电装置开展研究的单位主要有4家:浙江大学于2004年开始水平轴潮流能发电装置的研究,并于2006年4月在浙江省舟山市岱山港水道进行了5 kW原理性样机的海上试验,该样机在1.7 m/s左右的流速下最大发电功率达1 kW到2 kW;东北师范大学对低流速直驱式水下发电装置开展了研究;哈尔滨工程大学和中国海洋大学主要在垂直轴潮流能发电领域开展了理论及试验研究[1]。
为了促进中国潮流能技术的发展,在5 kW原理性样机研究的基础上,本文针对25 kW独立运行式水平轴潮流能发电系统,对包括捕能机构、机械传动机构及电气系统在内的整机进行了设计,通过模型分析及数字仿真对样机的工作性能进行了预测,海上试验的开展最终用来验证样机的可靠性及鲁棒性。
1 系统工作原理及整体结构
1.1 工作原理
25 kW独立运行式水平轴潮流能发电系统主要由能量捕获机构、机械传动机构、电气控制系统及样机支撑结构4部分组成。系统的机械结构见附录A图A1。系统工作时,机械部分通过支撑结构被固定安放在海水中,桨叶在潮流的作用下受到升力带动叶轮转动,将潮流所含的动能转换成系统的机械能,具有增速作用的传动机构将能量传递至发电机,放置在水面上的电气控制系统将发电机输出的电能进行调节处理并向用户输出稳定的电能。
1.2 能量捕获机构
如附录A图A1所示,系统的能量捕获机构由叶片和轮毂组成,叶轮和轮毂的直径分别为4.4 m和0.44 m,额定流速为2 m/s,设计叶尖速比为5.1。叶片的几何形状是决定潮流能发电系统捕能效率高低的关键因素之一。从风力机理论入手[15],采用三叶片结构,根据变速运行的最优叶片设计理论对叶片的弦长、节距角及厚度分布等几何尺寸进行了设计,叶片的翼形选择了NACA 63-4XX系列。考虑到叶片受高能量密度的潮流作用而带来的强度问题,对叶根部分的厚度进行了加大,叶尖至叶根的厚度弦长比分布在18%到30%之间。在确定了叶片的几何特性之后,结合所选翼形的升阻系数曲线,根据叶素动量定理[15]可计算出不同工况下叶轮的力矩及推力,从而可获得叶轮机构在不同安装节距角时的捕能性能的理论预测,其中0°节距角时的预测结果如图1所示,设计点的功率系数为0.354。
1.3 机械传动机构
系统的机械传动机构将叶轮低速高力矩的机械能转换成高速低力矩的机械能并输出至发电机。如附录A图A1所示,系统采用了传动比为7的平行轴式的功率三分流三合流二级星形齿轮传动机构,可以实现力矩的均衡分配及传递,具有体积小、重量轻、结构紧凑、承载能力强等优点。在主轴与箱体之间的结合处设计了由防尘圈、密封隔套和密封圈组成的3层动密封结构,用来保护箱体内的元件免受海水侵蚀。主轴的轴承选用了调心滚子轴承配合推力调心滚子轴承,能自动调心,并能承受较大的径向、轴向联合载荷。主轴上方安装有非接触型的磁阻式转速传感器,用来测量叶轮的转速。传动机构的箱体结构设计成5片,刹车及发电机置于箱体内部,省去了外部的机舱结构,箱体直接浸没在海水中,可使传动机构得到更好的冷却效果。
1.4 电气控制系统
系统的二次能量转换部件选用240 V/25 kW的三相永磁同步发电机(PMSG)。作为一套独立运行系统,其能量处理环节采用二极管整流、直流变换、蓄电池储能形式的电路拓扑结构,如图2所示。二极管整流器确保电能向直流侧单方向传递。Buck-Boost型直流变换器对滤波后的直流电能进行调节,从而控制蓄电池的充电过程,并向直流负载提供可用的电能,其功率电子元器件选用绝缘栅双极型晶体管(IGBT),开关频率为20 kHz。整流器与直流变换器之间设计了由40 kW卸荷负载和IGBT组成的无级卸荷回路,防止蓄电池过充及叶轮飞车。对于独立运行式的发电系统,蓄电池的合理充放电至关重要。控制器通过调节直流变换器的占空比实现蓄电池电压电流双闭环控制,采用恒流—限流—浮充的三阶段方式对蓄电池进行充电控制,而采用电压控制的方法对蓄电池进行放电控制。除了进行能量的合理分配之外,控制器还对直流负载进行过载和短路保护,测量发电机及直流母线的电参数,接收流速流向及叶轮转速信号并对刹车进行控制,以保证系统的安全运转,通过串行口还与上位机监控程序进行通信。
2 样机工作性能预测
在进行高成本的海上试验之前,在MATLAB/Simulink环境下建立整机的仿真模型,对额定工况下整机系统的工作情况进行理论预测非常必要。
2.1 模型分析
2.1.1 流速模型
虽然长期的潮流流速具有很强的可预测性,但是短期内的流速将受到水深、地形、波浪及风等因素的影响,具有一定的扰动性。对流速波动影响较大的因素之一是波浪,完整的潮流流速v可以看成是由潮汐导致的流速vt和波浪诱导流速vw的叠加[16]:
其中潮汐诱导流速vt在水深方向上的分布是不均匀的,可用下式表示:
式中:y为该点距水平面的距离;h为水深;vmax为最大的潮汐诱导流速。
由波浪引起的流速可用下式表示:
式中:ηa为波高;ωw为波的循环频率;k为波数,k=2π/波长;t为时间。
参考式(1)~式(3)的流速模型,在仿真模型中采用一个常量、一个正弦信号及一个随机信号的叠加作为流速信号。
2.1.2 捕能机构模型
水平轴式的透平机构从潮流能中捕获的功率为:
式中:P为捕获的功率;ρ为海水的密度;S为叶轮的扫截面积;CP为功率系数。
对于定桨距的潮流能透平机构,CP是叶尖速比λ的函数:
式中:λ为叶尖速比,λ=ωR/v;ω为叶轮旋转角速度;R为叶轮半径。
在仿真模型中,根据计算得到的λ及之前理论预测得到的透平机构在0°节距角时的工作特性,通过数值插值的方法获得CP。
2.1.3 传动机构模型
由式(4)可得捕能机构产生的机械力矩T为:
式中:T为捕能机构的机械力矩。
假定主轴轴系的各连接为刚性连接,并忽略轴的弹性,则传动系统的力矩平衡方程为:
式中:Tg为发电机产生的反力矩;i为传动比;Tf为主轴轴系上的摩擦力矩;B为主轴轴系上的粘性阻尼系数;J为主轴轴系折算到输入侧的等效转动惯量。
2.1.4 电气部分模型
电气部分的模型调用了Simulink中的三相PMSG、三相电压电流测量及三相二极管整流桥等模块来建立,其中对负载部分进行了简化,使用一个额定功率为25 kW的电阻负载来代替实际系统中由直流负载、蓄电池组及卸荷负载3部分所组成的负载。Simulink下建立的整机仿真模型见附录A图A2。
2.2 仿真结果
如图3所示,仿真时的潮流流速在额定值2 m/s上下波动。在此条件下,透平机构捕获的机械功率随流速变化而波动,平均值在23 kW左右,而负载的电功率由于经传动机构和电气环节之后相比机械功率平稳,平均值在20 kW左右。叶轮转速在45 r/min左右并随流速变化而波动,与设计的额定转速吻合。系统的CP维持在设计值0.35左右。
在透平机构工作特性理论预测基础上获得的仿真结果显示,所设计的机电系统在额定工况下的工作性能满足指标,初步验证了整机系统理论设计的有效性。
3 海上试验
3.1 试验条件
样机的海上试验在浙江省舟山市岱山港水道进行。该水道位于2个岛屿之间,其潮汐类型为半日潮,潮流具有双向特性。对该水道于2009年5月10日至5月11日所测得的连续10 h的流速流向曲线见附录A图A3。如图所示,大约在260 min时潮流开始换向,最大流速出现在退潮期,达到2.5 m/s。利用水道中的2个废弃桥墩搭建试验平台,作为样机的支撑结构。试验时利用退潮时的潮流进行发电,试验点的水深条件不是很理想,样机的叶轮只有在潮位较高时才能被完全淹没,而在退潮后将有部分叶轮露出水面。附录A图A4所示为海上试验时的样机照片。
3.2 试验结果及分析
从2009年5月10日开始对样机开展了为期7 d的实际海况下的测试。试验发现样机的自启动性能较好,启动流速在1.3 m/s左右,最低发电流速在0.8 m/s左右,而最低运转流速在0.6 m/s左右样机在一个潮流周期内可连续发电工作4 h以上若试验点有更理想的水深条件,则样机还可在更低的流速下发电,工作时间可进一步延长。
海上试验期间样机系统的各部分工作正常,系统的发电功率随着流速的增大而增大。图4所示为流速达到2.4 m/s左右时样机系统的瞬时发电情况,此时叶轮被完全淹没。
图4中的功率为整流后的电功率,受到瞬时流速波动的影响,功率值在所显示的时间范围内有些波动,但基本上都在20 kW以上,其平均值达到23.8 kW,最大瞬时值达到29.1 kW。叶轮转速的变化趋势与功率相似,平均转速为43.2 r/min。海上试验的成功发电且系统输出功率达到设计功率等级,初步验证了系统整体设计的合理性及有效性。
系统的上位机监控程序记录了不同流速下样机系统的运行数据。根据厂房试验获得的机电系统的整体工作效率可计算出系统捕能机构所获得的机械功率,进而可算出不同流速下捕能机构的功率系数和叶尖速比,如图5所示。图中的CP及λ根据平均功率及转速计算,且均为叶轮被完全淹没时的数据,由图可见,CP在0.245与0.3之间变化,而λ则在3.6与4.4之间变化。对比图1所示的捕能机构工作特性的理论预测,海上试验获得的捕能机构的实际工作点与理论预测值基本相符,由此可验证系统捕能机构设计的有效性。另一方面,图5中的试验数据反映出样机在试验时未能运行在最佳的工作点,可见电气系统的负载特性没有与捕能机构的特性达到最优的匹配状态,对系统开展各种手段的转速控制将显得非常必要。
4 结语
本文在分析潮流能发电装置的特点及国内外现状的基础上,针对25 kW独立运行式水平轴潮流能发电系统,叙述了包括捕能机构、机械传动机构、电气控制系统在内的整机设计工作。在捕能机构工作特性的理论预测基础上进行的机电系统仿真验证了整机系统的设计有效性。
海上试验结果表明,样机在海洋环境下运行稳定,最大发电功率达到设计的功率等级,系统的可靠性及设计的合理性得到了验证,在对系统的负载特性进行改进之后,该样机可作为小型的独立发电装置向海岛地区的用户供电。该样机的研制也为下一阶段更大功率等级机组的设计制造及试验工作打下了基础。
摘要：在分析潮流能发电装置特点的基础上,设计了25kW独立运行式水平轴潮流能发电系统。样机系统由经过优化设计的能量捕获机构、功率分流合流式的机械传动机构及蓄电池储能的电气控制系统组成。在系统透平机构捕能性能的理论预测、机械传动及电气系统的模型分析基础上,通过数字仿真对整机系统的工作性能进行了预测。海上试验结果显示,样机在实际海况下工作稳定,最大发电功率达到设计功率等级,验证了系统设计的有效性。该系统可作为独立发电装置向海岛地区用户提供电能。
潮流发电 篇5
海洋潮流能作为一种新型可再生绿色能源,由于安全清洁、能量稳定、储量丰富、可再生可持续性好、有规律、可预测性强等特点,成为海洋能能源开发技术领域中迅速发展的研究分支之一[1]。电力变换系统是潮流能发电系统的重要组成部分。目前,海洋潮流能发电仍是一个开放性研究领域,研制适用于潮流能发电能量转换特点的高效率、高可靠、易升级的电力变换系统是支持潮流能发电研究的重要工作[2]。
SOPC技术是一种新型的嵌入式系统设计方式,基于NIOSⅡ软核处理器和可重用IP核进行系统开发,可灵活实现系统软硬件协同设计,支持系统软件、硬件的同时可编程,支持多NIOSⅡ处理器系统设计[3]。双NIOSⅡ处理器结构是目前复杂SOPC系统中常用的系统组成方式,在车载视频点播系统[4]、驾驶疲劳检测系统[5]、多核远程重构控制器[6]等方面获得了良好应用。该文针对潮流能发电电力变换系统的控制需求和数据特点,提出了一种基于双NIOSⅡ软核处理器的潮流能发电电力变换控制系统的设计方法,其中一个NIOSⅡ处理器负责系统任务调度和能量管理,一个NIOSⅡ处理器负责电力变换控制和异常诊断,提出了基于RAM、FIFO、GPIO的双NIOSⅡ处理器握手机制,并给出了系统的具体设计实现。
论文结构为:首先介绍潮流能发电电力变换系统的整体结构;然后给出了双NIOSⅡ软核处理器系统架构和具体设计实现;最后是结论。
2 电力变换系统的整体架构
电力变换系统的系统组成如图1所示,水下发电机组通过同步永磁发电机将潮流能转换成频率和幅值均不稳定的电能,电力变换系统将电能经过EMI滤波、整流、BOOST升压、DC/DC变换等处理,输出直流电至母线。该文主要介绍主控板中基于双NIOSⅡ软核的主控系统设计。
整流逆变模块在主控系统控制下具有两种工作模式,分别是助力启动模式、发电模式。助力启动模式,整流逆变模块工作在逆变方式,对同步永磁发电机进行软启动,克服机械摩擦,以最大限度地利用潮流能。发电模式,整流逆变模块工作在整流方式, 将三相交流电转变为直流电输送给BOOST升压模块。
BOOST升压模块在主控系统控制下进行最大功率点跟踪,以最大限度地利用海流能。
DC/DC模块由DC/DC控制板直接控制,主控系统通过CAN总线与DC/DC控制板交互命令和信息。
水下系统负责对水下发电机组的转子角度、转速、浆矩角、电能等参数的监测,主控系统通过CAN总线与水下系统交互命令和信息。
Dump负载由独立控制板直接控制,当系统输出能量过大时,Dump负载投入消耗能量,保证电力变换系统能够稳定安全地运行为系统的控制提供响应时间。主控系统通过CAN总线与Dump负载控制器交互命令和信息。
此外,主控系统还通过CAN总线、UART、MODBUS等实现与其他电力变换系统、监控PLC、岸站管理系统的命令和信息交互。
针对主控系统的控制需求,该文以SOPC技术为核心,搭建了基于NIOSⅡ软核处理器的本文潮流能发电电力变换系统的主控系统,系统拓扑如图2所示。
3 双NIOSⅡ系统结构及设计实现
本文设计的电力变换系统主控系统的双NIOSⅡ处理器的系统结构如图3所示。选用两个快速型NIOSⅡ处理器软核CPU1和CPU2,,每个处理器具有独立的数据存储器,两个处理器的程序存储器共享。
CPU1负责系统电力变换控制算法、异常诊断和应急快速响应。电力变换控制算法包括最大功率跟踪算法(MPPT)、功率因素校正算法(PFC)、电能计算控制算法等。控制算法需要实时周期性的处理,要求响应速度高。采用一个CPU专门处理控制算法,保证了系统的性能。
CPU2主要负责任务的调度管理、系统间的数据信息交互、能量管理等。电力变换系统的工况主要包括空闲工况、停车工况、启动工况、发电工况、异常故障工况等,主控系统对工况流程进行调度管理,同时通过CAN总线通知其他系统等,进行相应的动作处理。该类事件处理不需要高速度但流程复杂,采用一个CPU专门处理保证了高可靠性、灵活性和安全性。
3.1 双NIOSⅡ握手机制
双NIOS II处理器的握手机制解决两个NIOS II处理器的通信和资源共享问题,保证CPU1和CPU2能够协调工作,是双NIOSII处理器设计的关键,图4为双NIOSII系统的系统连接实物图。针对潮流能发电电力变换系统应用中两个NIOSII处理器的交互数据信息的类型,该文设计的双NIOSII处理器的握手机制包括三种共享机制:RAM、FIFO和GPIO。
RAM共享机制基于片内RAM搭建,用于传输实时参数和进程信号,以实现处理器之间的状态和参数共享,潮流能发电的该类数据信息见表1。
RAM共享机制需要Mutex核配合,Mutex核提供一个基于硬件的原子测试和置位操作,多个处理器环境下决定哪一个处理器拥有Mutex核,保证了共享资源的所有权互斥,基于Mutex核的程序流程图如图5所示。
FIFO共享机制采用两个FIFO内核作为双核的通信缓冲区,进行全双工数据传输,并基于中断对FIFO内核进行读写操作,读写流程如图6所示。
FIFO机制适合顺序数据的突发传输,本设计中将两个NIOSII处理器之间交互的CAN帧数据存入FIFO缓冲区,见表2。保证了CAN帧结构的完整性和双NIOSII通信响应的快速性。
GPIO共享机制采用PIO作为双NIOSII处理的通信通道。PIO配置成中断方式,通过PIO中断使处理器能够快速响应另一处理器的事件,以应对电力变换系统中的紧急异常事件。
3.2 双NIOSII系统的系统配置
本文提出的双NIOSII系统的系统配置包括复位异常地址配置和编程配置。
1)复位异常地址配置,NIOS II处理器的复位地址决定了程序存储的地方,异常地址决定了程序运行的地方。本设计在SOPCBuilder中将CPU1的Reset Vector设置为CFI_FLASH Controller,Offset为0x00,Exception Vector设置为SDRAM1 Controller。CPU2的Reset Vector设置为CFI_FLASH Controller,Offset为0x100000,Exception Vector设置为SDRAM2 Controller。
2)编程配置,在NIOS IDE的Flash programme工具中,硬件配置选择EPCS Controller,程序配置选择CFI_FLASH Controller。系统上电后FPGA利用EPCS配置芯片中的硬件配置文件完成双NIOSII系统的硬件搭建,然后在在内部复位逻辑的作用下,各个NIO-SII处理器将分别从复位地址开始执行程序,利用bootload自动将各自的程序复制到各自的SDRAM中运行。
4 结论
本文设计的基于双NIOSII处理器的潮流能发电电力变换主控系统已成功应用于国家海洋可再生能源专项项目,工程应用表明,利用FPGA的并行高速、高集成度、易升级的特点能够很好的满足潮流能电力变换系统的控制需求。双NIOSII软核系统良好地实现了系统并行处理和协同工作,保证了系统的可靠性和高效性,能够快速发现异常并及时响应,保证了系统的安全性。
摘要：开发海洋潮流能对缓解能源危机具有重要意义,电力变换系统是潮流能发电系统的关键技术之一。提出了一种利用SOPC技术实现潮流能发电电力变换控制系统的设计方法,采用单片高性能FPGA芯片构建双NIOSⅡ软核系统,其中一个NIOSⅡ处理器负责系统任务调度和能量管理,一个NIOSⅡ处理器负责电力变换控制和异常诊断。针对电力变换系统的信息数据特点,提出了基于RAM、FIFO、GPIO的双NIOSⅡ处理器握手机制,并给出了系统的具体设计实现。该双NIOSⅡ处理器系统提高了系统的任务调度灵活性、控制算法处理速度和应急处理能力。
潮流发电 篇6
电力体制改革使电网公司成为独立的经济主体,不再拥有发电厂,必须依靠收取输电服务费用来维持自身的运行[1];随着电网的逐步开放,用户(包括发电商和负荷)要求电网为其提供公正、平等的输送服务,合理分担电网要求的费用;电网作为电力交易的唯一载体,是具有成本的稀缺资源,需要进行优化配置充分利用。一言以蔽之,合理分摊输电费用是电网公司的需要,是用户的需要,更是资源优化配置的需要。
电网兼有物理属性和经济属性。在物理层面,合理的输电费用分摊方法应该符合实际潮流情况,既公平分摊,且有利于电网安全运行;在经济层面,合理的输电费用分摊方法应该能保证电网公司的收支平衡,且提供足够的经济信号。目前的分摊方法主要包括基于会计学的综合成本法(邮票法、合同路径法、兆瓦公里法、边界潮流法、逐线计算法、模数法、零反向流法、优势潮流法、分配因子法、潮流追踪法等)和基于微观经济学的边际成本法(长期边际成本法和短期边际成本法)[2,3,4,5]。但遗憾的是,这些方法均未能在保障电网成本回收、提供经济信号、有利于电网安全和公平分摊这些分摊原则和目的方面达到令人满意的效果[6,7]。
针对上述问题,提出了基于潮流追踪和广义发电分配因子(GGDF)的输电费用分摊方法。通过《输配电价管理暂行办法》中成本加收益方法确定合理的输电待摊费用,然后根据系统潮流对电网安全的影响程度将其分为使用费用和安全费用,使用费用通过潮流追踪法在全体用户中分摊,安全费用根据GGDF仅在正向潮流用户中分摊。该方法符合“谁受益,谁付费”的原则,兼顾了电网的物理和经济双重属性,对不同的费用性质采用不同的分摊方法由不同的对象承担,既保证了电网公司的财务平衡,又能提供经济信号,激励负向潮流用户,保障电网安全。
分摊输电费用的用户专指发电商,如要由负荷承担,则仅将GGDF改为广义负荷分配因子(GLDF)即可,原理完全相同。
1 输电费用的确定及分类
1.1 根据成本加收益方法确定输电待摊费用
确定合理的输电待摊费用是进行费用分摊的前提。根据电监会办公厅在2005年7月颁布的《输配电成本核算办法(试行)》和国家发改委在2005年3月颁布的《输配电价管理暂行办法》,我国输电费用的确定将采用成本加收益的方法,即以核定的准许收入作为输电待摊费用[8]。
准许收入F由准许成本、准许收益和税金构成。
准许成本包括折旧费Fz和运行维护费Fy (包括材料费、修理费、管理费、工资及附加费等)。
式中Cgi为各项固定资产原值,αi为折旧率,βi为运行维护费率。
准许收益等于有效资产Cy乘以加权平均资金成本ω%。
式中V为固定资产净值,B为流动资产,Fw为无形资产;K为权益资本成本,f为资产负债率,p为债务资本成本。
税金Fa则根据国家相关规定执行。
则输电费用即准许收入F由下式确定:
准许收入一般以年为单位进行核算,需将其分摊到单位时段上化为时段费用。则t时段内输电费用Ft按下式确定
式(6)中m(t)为t时段累计负荷与年度总累计负荷的比例。
为方便分析,下文中费用均指时段费用,不再特意说明。
1.2 借鉴优势潮流思想的输电费用分类
1.2.1 优势潮流思想
优势潮流法亦是分摊输电费用的一种方法,它综合了模数法和零反向流法两种方法的优缺点,把输电费用分为两部分:一部分费用由全体用户承担,保障电网公司的财务平衡;一部分费用仅由部分用户承担,以期提供某种激励达到相应的目的。
1.2.2 输电费用分类
借鉴优势潮流的思想,将输电费用分为使用费用和安全费用。
一方面,输电网络是输送电能的载体,是电力交易得以进行的物质基础。输电网络为所有用户提供电能输送服务,根据“谁使用,谁承担”的原 则,所有用户承担使用费用,这保证了电网公司的成本回收。
另一方面,电网的运行和控制非常复杂,电网的开放、发电侧竞争的引入及各种新技术的应用进一步增加了其复杂性,电网需要采取一些辅助服务对电网进行控制,防止低频振荡、过负荷、系统崩溃等问题的发生,维持其安全可靠运行。因此将电网为维持电网安全可靠运行所付出的费用统称为安全费用。广义讲,这些安全费用的受益者亦为全体用户,应由全体用户承担。但是电网的物理性质决定了一些交易在系统中引起的是负向潮流,交易的存在反而有利于电网安全,这些交易不应承担电网为维持电网安全所付出的费用。
1.2.3 分类比例的确定
事实上,电网为用户提供的电能输送服务费用和辅助服务费用本应是独立核算独立分摊的,但是电网的复杂性导致难以界定哪些费用是用来提供输电服务、哪些费用是用来提供辅助服务的,故一般统一核算电网要求的总费用,不具体进行性质区分。
当总费用确定之后,接下来就是各种费用的分类比例问题。线路的发热功率与线路电流的平方成正比,电流越大,对系统安全性的影响越大。因此,定义安全费用比例系数[9]η:
式(8)中I为系统中线路的稳态电流,与系统运行状态有关;Imax为线路长期允许发热电流,是线路的固有参数。其含义为稳态时线路热容量的占用量,用以表征安全费用占输电总费用的比例。
设线路i-j的费用为Fi-j,则其安全费用Fs,i-j和使用费用Fu,i-j分别为:
2 潮流追踪法分摊使用费用的数学模型
潮流追踪法是一种拓扑分析方法,通过对流过线路中的潮流进行追踪,确定某条线路上的潮流具体由哪些用户引发,从而确定用户对相应设备的使用程度[10],为输电费用分摊提供依据。潮流追踪法确定的分摊系数均为正值,能够保证费用由全体用户承担,故采用潮流追踪法分摊电网使用费用。
潮流追踪法基本思想是:在交流潮流计算的基础上,将有损网络化成无损网络,然后按比例共享原则进行追踪[11]。据跟踪对象的不同(发电机或负荷),分为顺流追踪法和逆流追踪法。顺流追踪可以确定发电机对线路的使用程度,逆流追踪可以确定负荷对线路的使用程度。以顺流追踪为例,其数学模型如下。
系统中有n个节点,其中N个发电机节点,任一节点i的总注入功率为Pi,可表示为
式(11)中PGi是节点i的发电机有功功率,αiu为节点i的进线集合,Pij为支路i-j输入节点i的功率。在无损网络中,|Pij|=|Pji|,设Cij=|Pji|/Pj,代入式(11)整理得:
写成矩阵形式为
式中PG为发电机功率列向量,P为n个节点总注入功率列向量,Au为n×n阶回溯矩阵,其中元素为
如果A
P的第i个元素为
Pi亦为流出节点i的总功率,因此可以计算出与节点i相连的线路i-j上的流出功率|Pij|为
式(17)中 DGij,k=|Pij|[A
由上述分析可知,潮流追踪法应用的前提是网络为无损网络,因此在应用潮流追踪法之前应首先将网络化为无损网络。网损的处理方法主要有平均功率法、毛功率法和净功率法。现采用平均功率法,即直接将线损平均分摊到线路的始端和末端。
第k个发电机对于线路i-j的费用分摊比例为
3 广义发电分配因子法分摊安全费用的数学模型
广义发电分配因子法(GGDF)以直流潮流为基础,研究发电机对于各条线路潮流的贡献情况,为发电机分摊线路费用提供依据。GGDF确定的分配因子有正有负,可以确定对于线路来说用户是否提供了正向潮流。基于GGDF的这个特点,采用GGDF分摊电网安全费用。
GGDF确定的分配因子不依赖于参考节点的选择,仅与系统的运行状态和线路参数有关[12],其数学模型如下。
对于一个有N个发电机节点的系统,假设线路l-m上传输的有功功率Pl-m由每一台发电机n的有功出力PGn以广义发电分配因子Dl-m,n组成贡献:
Dl-m,n为线路l-m对发电机节点n的广义发电分配因子,由线路l-m对发电机节点n的直流灵敏度Al-m,n与线路l-m对参考节点r的修正因子Dl-m,r组成
Al-m,n 为线路l-m对于发电机节点n的直流灵敏度,按下式确定
式(21)中Xlm为线路l-m电抗,Xln为节点电抗矩阵中第l行第n列的元素,Xmn为节点电抗矩阵中第m行第n列的元素。
Dl-m,r为线路l-m对参考节点r的修正因子,由下式确定
当分配因子Dl-m,n确定以后,便可以区分对于线路l-m来说哪些是正向潮流用户,哪些是负向潮流用户。如果Dl-m,n为正值,则对于线路l-m来说,发电机PGn为正向潮流用户,参与安全费用的分摊;如果Dl-m,n为负值,则对于线路l-m来说,发电机PGn为负向潮流用户,不参与安全费用的分摊。
则第n个发电机对于线路l-m的费用分摊比例为
4 算法流程
基于潮流追踪和GGDF的输电费用分摊方法总流程如图1所示。
5 算例分析
运用IEEE11节点、IEEE22节点、IEEE39节点、IEEE118节点等多个实际典型系统验证了方法的有效性。为便于描述,下面使用一个5节点系统说明本文方法。系统接线图如图2所示。
各条线路的运行参数(已化为标幺值)及线损、各节点类型、节点实际有功功率和化为无损网络后等效有功功率见表1—表2,功率单位均为MW。
按照成本加收益的方法确定线路每年的总费用,然后分摊到每小时。表3给出了各条线路每小时的费用情况。以下费用单位均为元/h。
注:电流均已化成标幺值。
应用算例,采用本文的分摊方法,假设在每小时内系统潮流情况不变,进行输电费用的分摊。潮流追踪确定的回溯矩阵Au为
其逆矩阵为
G1和G2分摊的各条线路的使用费用为
G1和G2分摊的各条线路的安全费用为
对于线路4-5,采用潮流追踪法时G1和G2均需分摊其费用,但是采用GGDF时可以确定G2为其提供的是负向潮流,有利于线路安全。一方面,G2确实使用了线路4-5,故应承担其使用费用,符合“谁使用,谁承担”的原则;另一方面,G2的存在不但没有增加线路4-5的负担,反而有利于线路安全,故没有承担其安全费用,符合“谁受益,谁付费”的原则。其他线路亦同。
最终G1和G2分摊的各条线路的总费用为
由表3和表6对比可知,分配给各个发电机的费用之和等于系统的总费用,因此本文方法可以确保电网费用的全部回收。
可见,该方法基于实际的物理潮流情况,为负向潮流用户提供了经济信号和足够的激励,兼顾了电网物理和经济的双重属性,且有利于电网安全。
6 结论
提出了一种基于潮流追踪和GGDF的输电费用分摊方法,概念清晰,计算速度快,其主要特点如下。
(1)采用《输配电价管理暂行办法》中成本加收益的方法确定输电费用,保障了电网公司的财务平衡。
(2)将输电费用根据系统潮流对电网安全的影响程度分为使用费用和安全费用,分别采用不同的分摊方法由不同的对象承担,符合“谁受益,谁付费”的原则,兼顾了电网物理和经济的双重属性。
(3)潮流追踪确定的分摊系数均为正值,不存在反向潮流的问题,采用潮流追踪分摊使用费用保证了使用费用由所有用户共同承担。
(4)GGDF确定的分配因子有正有负,通过GGDF确定用户是否为正向潮流用户,从而决定其是否参与安全费用的分摊,为负向潮流用户提供了激励,有利于安全运行。
摘要：合理分摊输电费用是电网公司、用户和资源优化配置的需要。利用成本加收益方法确定输电费用,并借鉴优势潮流的思想将其分为使用费用和安全费用。使用费用由全体用户承担,潮流追踪法确定的分摊系数均为正值,故使用费用按照潮流追踪法分摊。安全费用仅由正向潮流用户分摊,利用广义发电分配因子法确定用户是否为正向潮流用户,从而决定其是否参与安全费用分摊。方法既保证电网公司的财务平衡,又为负向潮流用户提供激励。利用5节点系统验证了方法的有效性。
关键词：输电费用分摊,潮流追踪,广义发电分配因子,优势潮流法,成本加收益
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潮流发电 篇7
在大电网供电的基础上,在配电系统靠近用户侧引入容量不大的分布式电源供电,可以综合利用现有资源和设备,向用户提供可靠和优质的电能。但分布式发电(DG)的引入给电网的潮流、电压质量、功率损耗等带来了巨大的影响[1,2,3,4]。传统的配电网潮流算法难以满足DG系统潮流计算的要求,必须对现有的配电网潮流算法进行改造和调整才能适用于含DG的系统。现有相关的研究中提出了很多算法,其中文献[5-6]采用了牛顿-拉夫逊方法求解,但算法过于复杂,并需求解雅可比矩阵;文献[7]提出了较为完整的DG仿真方法,并用前推回推法计算潮流,但没有实现三相潮流的计算。文献[8]提出了基于灵敏度补偿的配电网潮流计算方法,但未计及配电系统的三相不平衡情况。文献[9-10]采用了前推回推法计算潮流,并采用端口补偿注入电流法处理PV节点,取得了较好的效果,但电压低时迭代次数较多;文献[12]采用基于关联矩阵自乘方法计算潮流,并采用无功功率分摊原理确定无功功率初值法,将负荷无功分摊到根节点和DG之间,从而提高了算法的收敛速度。
本文基于道路矩阵提出了一种三相不平衡配电网潮流的直接算法,并在文献[10]的基础上,基于PV类型DG的特性,推导了PV节点网络的有功电流和无功电流关系,并将其引入三相不平衡系统的潮流计算中。算例验证了该方法的有效性。
1 放射性配电网三相潮流直接求解方法
对于一个有N个节点的放射性配电网,假定首节点是电源点,并将其作为参考节点,则独立节点个数为n=N-1,而支路条数b=n。
一个节点的道路是指节点沿树到根所经过的路径上的支路集合,对于一个给定的树,节点的道路是唯一的。用n×n阶道路矩阵T描述道路,假定道路的方向都是从电源点指向各节点,各支路方向与道路方向相同,如果支路j在道路i上,则T(i,j)=1,反之T(i,j)=0[13]。
为了更好地进行说明,基于图1来建立道路矩阵。从根节点(电源点)出发,采用深度优先搜索算法对节点进行编号[14]。图中圈内数字表示节点编号,各支路上的数字为该支路编号,Ig为节点负荷注入电流(n×1阶)。基于前述原则建立的道路矩阵见式(1)(上方数字1~5代表支路编号,纵向数字代表节点编号)。
道路矩阵T是一个下三角阵,设定支路电流为Ib(n×1阶),依据KCL电流定律,支路电流Ib与节点注入电流Ig满足[13]:
式(2)基于回路分析法给出了Ib、Ig之间的关联。实际系统中,不是每个节点都有负荷,对于没有负荷的节点(注入电流为零),在道路矩阵T中把该节点所在行删去,此时式(2)变为
Tg为m×n阶矩阵,I′g为去除负荷为零的节点后的注入电流(m×1阶),其中m为节点注入负荷电流不为零的节点个数。
对任一放射性配电网络,基于欧姆定律有
其中,Ub为支路电压(n×1阶),Zb为支路阻抗形成的对角阵(n×n阶)。
设电源节点电压为U0,各节点电压为U(n×1阶),则可知任一节点与电源节点的电压差等于从此节点开始沿着该节点所在道路到达电源节点所经过支路的支路电压之和,即
其中,E为n×1阶全1矩阵。
即可求得各节点电压U为
式(5)是本文算法计算的核心,总结可得潮流计算步骤如下(k为迭代次数变量):
步骤1取U0=U0E;
步骤2计算I′gki=(Si/Uik-1)*,i=1,2,…,m;
步骤3基于式(5)计算ΔUk;
步骤4基于式(6)计算Uk;
步骤5判断Uk和Uk-1之差是否满足精度要求,满足则结束迭代,不满足则转步骤2。
由于T为稀疏下三角阵,利用稀疏技术可以降低内存需求。从上述步骤可见,采用该潮流直接求解方法使计算过程大幅简化,并且只需要把算法矩阵中的元素更新为三相系统参数,就可求解三相平衡或不平衡系统放射性配电系统的潮流。
2 分布式电源节点的处理及求解
2.1 分布式电源的节点模型
分布式电源加入配电网络后,电网出现了各种新的节点类型,主要可以分为2类。
2.1.1 PV节点
PV节点Pds恒定、Ud幅值恒定,但是其无功Qd却是未知的,其注入电流如下:
所有同步发电机都可以处理成PV节点,光伏发电系统、部分风力发电机组、微型燃气轮机和燃料电池等分布式电源一般通过电压控制逆变器接入电网,也可处理为PV节点。
2.1.2 P-Q(V)节点
Pds恒定,Ud幅值不定,Qd受Ud限定,即无功功率为节点电压的函数Qd=F(Ud),称为P-Q(V)节点,其电流注入公式可以表示为
作为分布式电源的风力发电机组更多地采用异步发电机,可作为P-Q(V)节点处理,详见文献[6]。在潮流计算中,P-Q(V)节点注入电流可以直接计算,处理比较简单。
2.2 PV电源节点模型处理及求解
针对PV节点,可采用开环阻抗矩阵(戴维南等效阻抗矩阵)来处理[10,11]。即针对一个含有nd个PV节点的放射性配电网络,若在每个PV节点处开环,则出现nd个开环点,存在下列等式:
其中,ΔId、ΔUd分别为开环点电流校正的电流、电压矩阵,Zd(nd×nd阶)为从开环点看进去的戴维南等值阻抗,其生成方法与回路阻抗阵类似,见文献[10]。
针对PV节点,其电压幅值可认为是常量,假定开环点两侧具有相同的相角,ΔUd为开环点两端的电压差,则第l个PV节点的开环ΔUd可在第k次迭代结束后用下式计算:
其中,θlk为开环点Ulk的相角。由于PV节点输出的有功是常数,故不能直接利用式(9)求解ΔId。
ΔId、ΔUd、Zd可以表示为
则式(9)可改写为
第k次迭代结束后第l个PV节点视在功率的改变量应为
分解并整理可得:
因为PV节点有功功率为常数,可知ΔPkdl=0,代入上式可得:
而无功增加量为
把式(15)代入上式可得:
求出ΔQkd l后,则在第k+1次迭代时,第l个PV节点的功率为
现在的关键是求Δdkd l。一般θlk较小,由式(15)可知Δckd l远比Δdkd l小(绝对值),所以可忽略Δckd l,则由式(14)可得:
各PV节点开环后整个配电网仍是一个放射性网络,所以包含PV节点的配电网潮流计算过程与第1节所述过程类似。PV节点无功初始值可选为零,在每次迭代结束后由式(19)、式(18)和式(16)计算出无功增量,基于式(17)求出各PV节点注入电流Ikd l+1开始新一次迭代,但要增加一个收敛条件ΔUkdl小于给定门槛值(见式(10))。
另外,PV节点无功功率是有限的,在潮流迭代过程中,若PV节点无功上限越界,则将其转换成PQ节点(Q取该PV节点的无功上限)。
3 算例分析
3.1 算例1
文献[14]介绍的6母线三相不平衡系统,如图2所示。变压器Yn-Yn接线,在母线3和5连入2个PV型DG系统,线路单位长度阻抗参数与其他线路相同。DG1和DG2有功功率分别为120 k W和150 k W,并假定其无功输出无界。
基于本文算法的计算结果见表1,其收敛精度为1.0×10-6,PV节点电压门槛为0.015 p.u.。只投入DG1时输出无功为QDG1=385.8 kvar,2个DG都投入时QDG1=238.9 kvar,QDG2=202.9 kvar。
从表1可见,无DG投入时迭代5次收敛,投入DG1和DG2时程序迭代6次收敛,二者差别不大。从各节点电压水平可见,投入DG后对各节点电压起到了支撑作用,尤其投入2个DG后最大电压偏差不超过2%,系统各节点电压得到了极大改善。但由于系统负荷严重不平衡,而PV节点有功功率是有限的,所以PV接入节点各相电压仍是不平衡的。
3.2 算例2
参见文献[14]介绍的69母线系统,对各节点重新进行了编号,加入了6个PV型DG系统,位置如图3所示。对负荷参数进行调整,调整为三相负荷不平衡系统。DG1~DG6有功功率依次为200、400、200、150、150、250 k W,并假定各DG输出无功功率上限不超过其有功功率值,下限为零,收敛条件同算例1。
表2为投入DG个数不同时所对应5种情况的计算结果对比。从表中可见,投入DG个数不同对算法的收敛影响不大(但实验表明,随着DG节点无功注入上限的无限加大迭代次数会增加,同时随着PV节点电压门槛的减小迭代次数也会增加)。图4和图5为各负荷节点和各DG节点在不同DG投入情况下的A相电压的幅值(标幺值)分布图,曲线1~5分别对应表2中情况1~5。
从图4、图5可见,投入DG后对系统中各节点的电压起到很好的改善作用,尤其投入DG1~DG6后改变更为明显。但从表2可见,在各种情况下,DG2的无功都达到了上限然后转换成了PQ节点,所以其对应的节点(负荷节点61和DG2节点)电压改善程度不大,一般可以通过继续增加此节点无功来调节,如把DG2无功功率输出上限调整为3倍的有功功率值,则电压分布情况见图4、图5中的曲线5,此时最低电压升到约为0.95 p.u.,但DG2输出的无功功率为1 200 kvar,仍达到了上限值。
综合以上2个测试结果可以看出,采用所提算法对含分布式电源的三相不平衡配电网进行潮流计算,具有良好的收敛性;在系统有功一定的情况下,分布式电源若能输出无功功率,将能减少线路上无功的流动,对系统中各节点的电压有很好的改善作用,当然电压改善效果与无功输出的多少有关。同时,从算例结果可以看出迭代次数并未因DG组数的增多而明显增加,结果是令人满意的。
4 结论
提出的基于道路矩阵实现配电网潮流直接计算的方法具有前推回推法没有大矩阵计算、计算速度快的优点,且编程更简单,同时,道路矩阵为非常稀疏矩阵,采用稀疏存储技术可以大幅节约内存空间。
在已有文献的基础上针对最常见的含PV节点型DG系统进行了分析,基于PV节点的特性,推导出了PV节点的三相不平衡系统的潮流计算方法,并引入到了潮流计算程序中。测试算例表明该算法具有良好的收敛性能,计算时间和迭代次数相对于不含分布式电源的系统没有明显的增加,具有很好的通用性和高效性。
摘要：提出一种基于道路矩阵的三相不平衡配电网潮流直接算法,该算法充分利用配电网络的结构特点,建立了节点电压与注入电流的关系矩阵,实现了潮流的直接计算。基于PV节点的特性,推导了PV节点网络的有功电流和无功电流关系,并提出了一种新的处理PV类型分布式发电的方法。将该方法引入到三相系统潮流计算中,保证了PV节点幅值为预设定值(假定无功功率没有越界)。6母线和69母线系统算例验证了该方法简单实用,潮流计算时间短和迭代次数少,具有很好的通用性。
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