摘 要

随着环境问题的日益加剧，新能源发电成为了被广泛研究的课题。光伏发电，风力发电等发电行业快速发展，使得电网中新能源供电比例快速上升，与此同时，也给配电网带来了一系列的电能质量问题。光伏出力随着日照强度、日照面积等因素的变化而变化，因此光伏在一天当中的出力是波动性的。光伏并网会引起所在节点电压升高，严重时会超出安全范围。它造成了供电质量的严重下降，改变了配电网潮流的分布，导致配电网运行模式更加复杂，给配电网的可靠性和稳定性带来了新的影响。光伏发电的不稳定性，使电压水平严重超过标准水平，对供电安全性、可靠性的要求日益提高。如何解决光伏大接入带来的电力质量问题已成为国内外工作人员的研究热点。

随着科技的发展，配电网的智能化逐渐成为研究的趋势。柔性多状态开关（Soft normallly-open point),简称SNOP是连接配电网节点之间的电力电子装置，通过采用合理的控制策略，可以灵活地使用SNOP来调节有功和无功功率，调节节点电压。SNOP可以灵活的控制潮流分布，进而改善电压和功率问题，目前大多学者研究内容为柔性多状态开关接入模式研究。本文研究的内容为如下几个方面：

1. 建立SNOP的数学模型，以背靠背VSC作为SNOP的拓扑结构，分别在abc坐标系和dq坐标系下对其进行建模，并研究其控制策略。
2. 研究SNOP在约束条件下的优化运行方式，并在IEEE 33节点中验证。
3. 基于matlab软件对SNOP进行仿真，搭建双闭环控制系统，验证SNOP对电压和功率的控制性能。

关键词：SNOP；光伏发电；主动配电网；解耦控制；扰动观察法

Abstract

With the increasing of environmental problems, new energy generation has become the subject of extensive research. The rapid development of photovoltaic power generation, wind power generation and other power generation industries has led to a rapid increase in the proportion of new energy power supply in the power grid. At the same time, it has brought a series of power quality problems to the distribution network. In particular, the instability of photovoltaic power generation makes the voltage level seriously exceed the standard level, and the demand for the safety and reliability of power supply is increasing day by day. How to solve the problem of power quality caused by photovoltaic power access has become a research focus of domestic and international staff.

Soft normally-open point, or SNOP, is the power electronic device connected to the distribution network node. SNOP can control the flow distribution flexibly, thus improving the voltage and power problems. The research contents of this paper are as follows:

1. Establish the mathematical model of SNOP, and use the back to back VSC as the topological structure of SNOP, model it in the ABC coordinate system and dq coordinate system respectively, and study its control strategy.

2. Study the optimal operation mode of SNOP under constraint conditions, and verify it in IEEE 33 node.

3. Simulation of SNOP based on matlab software, and set up double closed loop control system to verify the control performance of SNOP on voltage and power.

Key words: SNOP; Photovoltaic power generation; Active distribution network; Decoupling control; Perturbation observation

目录

第1章绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 3

1.3 柔性多状态开关结构 4

第2章 SNOP的数学建模及控制策略分析 5

2.1 SNOP的开关函数 6

2.2 三相静止坐标系abc下的数学模型 8

2.3 柔性多状态开关的控制策略 9

2.3.1 电流内环控制策略 10

2.3.2 功率外环控制 11

2.4 直流电压控制器 13

第3章 含有SNOP的优化建模 14

3.1约束条件 14

3.2基于SNOP的扰动观察法 14

3.3基于扰动观察法的优化设计 18

3.4优化运行的步骤 19

1. 算例分析 20

4.1光伏发电接入对配电网的影响 20

4.2IEEE33节点优化控制运行 20

第5章基于simulink的SNOP仿真建模分析 22

5.1PI控制器参数选取 22

5.1.1理论计算法 23

5.1.2工程实验法 28

5.2仿真结果分析 31

第6章总结与展望 30

6.1总结 33

6.2展望 33

参考文献 34

致谢 34

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

随着环境问题的日益加剧，仅仅利用传统能源发电不符合国家“绿色电力”的应召要求，因此，光伏发电、风力发电等新能源发电方式逐渐被广泛采用，但新能源发电并网问题也随之产生，以光伏发电为例，光伏出力随着日照强度、日照面积等因素的变化而变化，因此光伏在一天当中的出力是波动性的。光伏并网会引起所在节点电压升高，严重时会超出安全范围。它造成了供电质量的严重下降，改变了配电网潮流的分布，导致配电网运行模式更加复杂，给配电网的可靠性和稳定性带来了新的影响。

配电网作为电能从生产到用户的最后一环，在电力系统中起着枢纽的作用。分布式新能源并网的有效消纳、电动汽车充电的灵活接入、用户侧高质量的服务和灵活的交互，都需要通过配电网来实现。为了应对越来越广泛使用的新能源电源并网渗透率的扩大，智能化配电网已经成为各国研究的热点问题。^[1]

随着科技的发展，配电网的智能化逐渐成为研究的趋势，相对于传统配电网来说，智能配电网技术含量更高，因而也具有更灵活的控制方式。主动配电网可以灵活地消纳剩余能量、优化了分布式电源连接带来的问题，有效的提高了配电网供电的稳定指数和安全指数。将智能配电网与分布式发电相结合，可以有效地解决分布式电源的电压溢出问题，提高配电网运行的灵活性和能力。

相对于传统的基于接触开关的网络连接方式来说，灵活的多状态开关实现了馈线之间的正常柔性互连，由于联络开关经常性的开通关断会引起很大的电弧，采用SNOP可以减小电弧的发生，同时也使使配电网控制更加快速与灵活。配电网具有开环运行和闭环运行的优点，其优点在于以下几个方面：

1. 调控能力较强。传统的连接开关只能控制0-1，电流开关的功率是不可控制的。而柔性多状态开关能够在容量允许的范围内连续地对功率进行调节，柔性开关可以连续地控制流过其所在节点的有功功率和无功功率。

2)响应速度快。传统的联络开关开通和关断都依赖于机械触点，响应速度较慢，柔性开关是电力电子器件构成的，不存在上述问题，可以实时响应控制指令。

3)行动费用较低。传统的触点开关通常采用断路器等设备，操作时间在整个生命周期内是有限的，开合时存在较大的冲击电流，而SOP主要由完全控制的电力电子器件组成，不受动作次数的限制，使用寿命较长。对系统的影响较小。

4)故障发生时对电网的影响更小。传统的触点开关关闭后，由于两端之间的电气连接，故障范围可能会扩大，同时保护的整定也会比较困难。而柔性开关两侧采用双闭环PWM控制，通过实时反馈会限制故障分量，运行更为可靠。

除上述优势以外，SNOP都是由全控电力电子器件构成的，通过采用合理的控制策略，可以灵活地使用SNOP来调节有功和无功率，调节节点电压，对提高分布式能源的应用价值有着指导性的意义。^[2]

1.2 国内外研究现状

随着新能源的逐渐广泛应用，随着分布式发电的接入，电网的功率波动增大，电压损耗增大。为了处理分布式发电和电网连接问题，加拿大提出了一种解耦互连装置，它能在稳态网络之间实现潮流辅助，并在发生故障时限制短路电流；在日本，提出了一种环路功率控制器。它可以实现环路网络的运行和优化馈线之间的流量分配。同时，提出了环网平衡控制器（回路平衡控制器）在其中的应用，提出了LBC的概念和可安装在配电杆上的两个实际设备的开发，可以有效地控制两个终端的潮流分布和平衡馈线之间的负载分布；荷兰提出了智能电力控制器和可以控制的直流环节，以利用其可以有效提高配网的灵活性；英国提出了软常开点（SNOP），可以有效地结合径向配电网和环网配电网的主要优点。

中国太阳能资源十分丰富，按照有关统计，光伏每年的储量相当于吨的煤的发电量，我国平均日辐射量达到了，其中西藏的光照强度最高，高达，

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