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Farhana欧麦尔Ghulam Mujtaba Zeeshan拉希德,Shadi汗卡特•g .阿姆Hussain穆罕默德乌斯曼海德尔, ”实现分布式发电与太阳能发电厂132千伏电网车站Layyah使用发育阶段”,国际期刊的Photoenergy, 卷。2020年, 文章的ID6574659, 14 页面, 2020年。 https://doi.org/10.1155/2020/6574659
实现分布式发电与太阳能发电厂132千伏电网车站Layyah使用发育阶段
文摘
分散式发电有效地合并技术进步面对快速变化的电网引入新的电力系统组件,先进控制、可再生能源,优雅的通信和网络技术为所谓的智能电网铺平了道路。分布式发电技术的交点所在电力系统、电力电子、控制工程、可再生能源和通信系统并不是相互排斥的对象。关键特性的可再生能源集成分销网络包括损失最小化,电压稳定,改善电能质量,低成本的消费造成太阳能或风能等丰富的自然资源。在本研究工作中,进行了一个案例研究在132千伏电网车站Layyah,巴基斯坦,活跃的损失,无功损失,功率因数低,低电压在需求方面,和重载的变压器和配电线路。因此,停电问题是频繁的在消费方面。为了克服这个问题,执行仿真负载流量的系统使用牛顿迭代法由于其计算时间少,较少的迭代,收敛快,和独立于松弛节点的选择。它发现有23个重载的变形金刚的苛刻条件,38重载分布线,可怜的电压概要文件,在需求方面和低功率因数。有一个赤字24兆瓦整个系统12.30以及4.58 MW活跃和兆乏无功功率损失。消除电力不足,介绍了分布式发电使用太阳能发电厂的11 kV配电系统共有24个单位每个单位都有1兆瓦的容量。因此,有源和无功功率损失减少到0.548兆瓦和0.834兆乏,分别。 Furthermore, the voltage profile improves, the power factor enhances, and the line losses reduce to a great extent. Finally, overloaded transformers and distribution lines also return to normal working conditions.
1。介绍
放松管制的电力市场的全球新兴趋势在分布式的范式支撑了一个了不起的进步或分散代(DG)的使用小型光伏或风力发电厂应对不可避免的缺点,如停电,质量差,电压调节,增加商业和国内基础设施组件损失(1,2]。这些小电厂安装在后续车站不仅为消费者提供更好的服务作为备份源也消除污染、温室气体排放和全球变暖3]。DG从几千瓦到兆瓦现在是分布式能源的一部分包括响应负载和能量储存4]。它也减少了需要的分布和传播扩张与巨大的发电厂的基本要求5]。最具吸引力的前景在于DG是安装在网络,接近消费者的一面减少功率损耗和电压降6]。
DG的实现可再生能源资源优势在农村地区特别是稳定电网,确保可靠性降低成本的生成和分布(7,8]。为了利用DG的全部潜力,多才多艺的和能干的劳动力需要应对广泛的技术挑战。相关的一些问题阻碍了健壮的操作是分散控制的要求9),最优位置的植物(3,10),故障定位(11)、配电系统保护(12),重新配置(13)和集成(14]。
过去十年一直致力于DG的实现框架,提供其压倒性特性等社区电力系统电压稳定和损失最小化15]。Injeti Kumar分析确定的位置和大小DG活跃的分销网络规划和操作使用模糊逻辑[16]。他们在12-bus进行了详细的性能分析,33-bus、总线和69 -径向分布网络最后一个增强的电压稳定因素至少损失。梅塔等人提出了一个最好的DG单元类型的选择方案及其最佳位置通过分析电压敏感性指数和总线参与因素使用功率流算法和模态分析技术(17]。这些协议,他们能够提高电压稳定的分销网络,同时改善电压概要文件为33 -和136节点径向分布网络。Onlam等人提出了一种新颖的优化技术自适应打乱frog-leaping算法来解决网络重构和DG安置问题在IEEE 33 - 69总线分配系统(18]。它们定义特定目标函数考虑功率损耗最小化和电压稳定指数的改善(VSI)和得出结论,该算法提供的功率损耗和VSI比所有其他协议在33 - 69总线系统。Rudresha等人提出了一个方法来确定适当的大小和位置DG的配电系统,以减少损失,提高电压稳定性不同的加载条件(19]。他们认为IEEE 33-bus系统模拟系统中的电压概要和损失,得出合适的位置和大小的DG可能减少损失,提高电压概要文件,从而提高电压稳定。
摘要全面调查Layyah 132千伏电网站,一个落后的城市被沙漠包围在巴基斯坦旁遮普省南部。由于人口增长,不可避免的电力需求,并从国家的政策制定者,疏忽Layyah面临不利的电力基础设施压力提供可靠、连续和质量服务消费者。光明的一面,认为地区拥有最有利的气候条件,因为太阳长时间有极低的几率多云或多雨的天气全年暗示太阳能潜力最大。在研究的第一部分,整个电网站Layyah包括三个地区组成的24每个模拟在一个配电变压器的电快速瞬变分析程序(发育阶段)功率流使用牛顿迭代算法解算器。牛顿迭代方法提供了一个快速加载流解决方案没有计算上的衍生品为解决小,中期,和大规模的分销系统,高效的计算成本最小化的结果(20.,21]。此外,牛顿迭代方法的结果更可靠收敛具有更高的成功率比其他功率流的算法(22]。在这方面,软件也以系统规划和发育阶段测试馈线有积极的影响,因此它可以用于优化DG的大小和位置变电站(23]。在这个平台上仿真结果进行准确预测的优越性和有效性提出的方法(24]。网络布局、组件评级和所有操作值考虑仿真是基于该地区的实际数据25]。
计算的结果,确定变压器过载和分配的现有网络识别导致甩负荷,电压下降,增强的损失,和低功率因数。在第二部分的研究,模拟电网的Layyah升级DG网络的分布式太阳能发电站的安装在随后的1兆瓦每间隔沿11 kV母线在所有网格的区域。此外,被低估的变压器和分配行替换为新的更高的额定组件来规避重载和失败的问题。所显示的结果,所有组件的网络运作正常的加载条件下,以及在每个负载侧电压和功率因数提高大大减少了相当大的损失在每个变压器和配电线路。
图1显示了132千伏电网单行的图站的Layyah三个光电隔离器(81 - 1、82 - 1和83 - 1)在三条腿导致区域得了主132千伏总线相连。有一个电流互感器由符号指定“E”,有两个可用的电流转换比率的100/5和200/5。随后,每条腿有一个SF-6-type断路器,避雷器(LA)紧随其后的是一个主配电变压器(132/11.5 kV) 20/26伏安的评级。还有一个电流互感器和转换比例的1600/5和800/5,后跟一个变压器(11500/35 V)。
132千伏的网格图所示1分裂成三个主要分布网络分为三个地区:区,区域B, c区个人的原理图区域的分销网络图所示2。每个区由两个11.5 kV进一步分支每个分支都有12个变压器连接到二次分发给消费者。通过这种方式,每个区完成24个地区消费者的需求。现有系统的仿真结果表明,总共有23个变形金刚和38配电线路过载和由红颜色。电压概要文件被发现在300 V的名义值远小于380 V。功率因数的所有区域波动在0.7中,有相当大的损失在变压器和配电线路。在新设计的系统,首先,这些变形金刚和分布线替换为高评级的组件。在第二步中,八个太阳能发电厂(尚德(单晶)各1兆瓦电力连接到电网,这样每个分支与四个单元如图协助2。每个太阳能发电厂系列和80年由80个细胞细胞平行每个细胞都有180 W的评级。解决新系统后,它建立了电压水平返回到380 V系统中功率因数的统一。系统中所有的损失也大大减少。
本文组织如下。部分2处理当前和未来趋势的电力需求,发电,每年的需求因素,在整个国家和权力的损失。部分3论述了牛顿潮流算法。节4,实现现有的系统和新系统的详细描述和讨论的结果。最后,结论部分5。
2。在巴基斯坦的当前和未来的趋势
在巴基斯坦,国家传播与派遣公司(这个)设计了一个未来负荷预测从2017年到2040年装机容量和峰值需求每年年底的突出显示。虽然电力装机容量超过总需求甚至在过去,电力短缺是由于高损失和植物而不是满负荷运转。2017年,装机容量是137328妇女,但需求是25717兆瓦。未来发电能力和峰值需求图所示3。2040年,总装机容量将达到630529的工作和需求将达到峰值110736兆瓦(27]。巴基斯坦不能满足高峰需求,因为大多数发电的植物没有运行在额定容量造成短缺在每个州的权力。赞姆太阳能发电厂已经安装在巴哈瓦尔布尔,巴基斯坦,1000兆瓦的发电能力操作但400 MW和600 MW正在进展中。更多的项目包括水力发电和可再生能源,比如太阳能、风能、生物质、地热能源扩张正在讨论中。
从每月加载不同的需求因素取决于人口的日常活动和季节。在2月,它有一个最小值为0.58。最大需量统一在6月因为它是今年最热的一个月的工作在暑假之前研究所(27]。month-wise图如图的需求因素4。
在巴基斯坦,输电和配电损失每年都不同,这是绘制在图5从实际的数据取自这个三28]。巴基斯坦的传输和分配还没有可靠的可以观察到的数据来自财政1981年至2018年。1981年,损失了29.5%后,在一定程度上减少每年(28]。在2017年,19.4%的最低损失记录系统中再次飙升至2018年的20%。
提出现场、发电和电力消耗更少是由于系统增加了损失,负荷波动,和更高的仪器中断的可能性。案例研究了求解甩负荷的问题,主动和被动的损失,和低功率因数,改善电压概要文件。数据已经被从132千伏电网站在Layyah,巴基斯坦。有问题的甩负荷和低功率因数的最小值0.69和0.84的平均价值在所有的三个区域。最低远端消费者的电压是283 V,非常小于380 V的传播价值。还有24兆瓦电力的赤字相对于总需求的网格。在132千伏电网有三个区,每个区都有一个几乎8兆瓦能量赤字。所以消费者能源需求不能被满足,每天6 - 8个小时的卸载是一次例行的训练。
为了解决这个问题,两种技术是有价值的:第一个是注入DG负荷端和第二网格站应该升级到220 kV需要更高的升级成本。这里,DG注射可以解决这个问题用最小的成本在安装地点的选择和灵活性。发育阶段的软件是用来模拟现有的系统和新系统。旧的系统比新系统有更多的损失。电力赤字也被注入的太阳系共有24兆瓦额定输出的每个单元都有1兆瓦的发电能力。
3所示。功率流分析
功率流研究是非常重要的对电力系统规划和现有系统的升级和确定最佳操作。功率流的问题可以解决通过考虑网络的导纳矩阵合并所有的公共汽车和喂食器使用一个单行的图。所有的公共汽车都分为压控总线(或PV总线),加载总线(或PQ总线)和松弛总线(主要是公交车1)。牛顿迭代法是最有效的方法用于解决功率流问题各个方面也就不需要显式地指定总线。泰勒级数展开两个初始条件是解决多变量非线性的基础方程在极坐标形式,相同数量的未知数。的牛顿迭代方法用于分析132千伏电网车站Layyah因为它的收敛是非常快和独立的公共汽车的大小,和小的迭代次数要求负载流动的解决方案。多变量牛顿迭代法的收敛过程如下解释。
和分别是主动和被动的权力。
当涉及到更多的变量,的部分衍生物取代吗和对列向量的两个条目 。合成矩阵所示的方程(3)也被称为雅可比矩阵。
下标表示值和计算代表了预定值。不匹配时的迭代过程停止成为小于指定的公差 ,也就是说,
应该注意的是,计算过程中的条目排除松弛总线所以会有公共汽车将进行的计算。
4所示。结果与讨论
132千伏电网的一个案例研究在发育阶段Layyah被模拟。网格站分为三个区域,即区域,区域B, c和区域分布水平,72连接到配电变压器的负载。有24变压器在每个区和主要电力变压器连接到电网的评级20 MW。模拟系统后,似乎很少有变压器过载,可以观察到从红色突出显示的模拟图6。的三个主要变压器区域,区域B, C区也超载。此外,加载位于距离足够大的变形金刚。因此,系统输电线路损失,功率因数低、电压调节由于重载网格中的主要问题。尤其是在高峰时间,电力需求高于一代,所以整个系统是不健康的,以满足电力需求的消费者。所有变形金刚的评级连同他们的距离负荷端绘制在图的三个区域7。
(一)
(b)
(c)
4.1。现有系统实现在发育阶段
为了分析功率流的三个区域,实现网格的发育阶段软件完成。现有系统的规格如表所示1,同样被认为是在仿真环境中。
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发育阶段的132千伏电网实现软件的布局如图6和8- - - - - -10。当程序运行在发育阶段,得到了以下结果。个别区域的三个主要变形金刚有评级20 MVA是超载,如图6红色的颜色。此外,在区、11变压器是重载连接到糖厂殖民地,员工的殖民地,Noorabad Chandiawala, Q.H.计划,律师的殖民地,Qadeerabad, Laskaniwala, Sirgani需要,Maujgarh, Shahpur需要。在区、18分布线过载L1、L9, L10、课时,L16,活用,L21,戏,L23, L24, L36, L41,承办,L44,给,L46,力争,L48。为了节省空间,数字只是提到第一四最后两行。略和完全超负荷变压器所示粉红色和红色的颜色,分别和重载分布线红颜色在图所示8。
在B区,八个变形金刚和十二行是超载。重载变压器连接到Lohachthal、Zard Jhoralnashib, Jakharpacca, Kharal阿兹,Khokharwala Rakh, Shahwala。线路过载的包括L59、L83 L84, L86, L88, L90, L91, L92, L93, L94 L95, L96。
最后,在C区,四个变压器过载。这些变压器连接到赛义德Nasheeb Ladhana Jamanshah, Awanwala。有八个线路过载。这些分布线L97, L109、L131 L132, L133, L139 L140, L142。由于超载,有一个观察赤字造成的24兆瓦到每天6到8小时的卸载。
4.2。新设计的132千伏电网
分布方面,太阳能电池模块是安装在统一的时间间隔后第三个配电线路解决电力短缺的问题,电压调节、和低功率因数。有一个赤字8 MW在每个区,所以八1兆瓦的太阳能电池板评级是安装在每个区域。太阳能电池板安装在分布或接近最终用户平衡赤字和减少损失。网格的单行的图和所有的三个区域新系统数据所示11- - - - - -14,分别。
分布式太阳能电池板的安装后在每个区域,提取相当大的权力从DG组导致更少的负担每个带状变压器MVA (20)。因此,所有的三个区域变形金刚回到正常的操作制度尽管有相同的额定功率。此外,变压器过载和分布线换成更高评级组件由于其超载问题也消除了。从数据可以观察到这些事实12- - - - - -14为区域,区域B, C区,分别。最后,所有的功率因数低的问题,电压调节和电源变压器和输电线路的损失发生在系统解决。现有系统之间的比较结果和新的模拟系统是在下一节中完成的。
4.3。区:变压器、配电线路和负荷分析
11区现有的系统中,变压器过载。由于变压器过载,系统是不平衡的。为了克服这个问题,高评级的新变压器连接到取代旧的和避免经济过热的变形金刚。结果,增加系统可靠性和变压器的损失也降低。比较新旧评级图所示15。
在负载端DG在很大程度上减少了损失。更换新的变形金刚,但它增加了成本满足客户的需求。变压器的损失高达18千瓦的情况下仍低于6千瓦DG-injected系统。损失在每个变压器在旧系统和新系统绘制在图(16日)。
(一)
(b)
行损失也降低了DG注入到负载时,行替换为适当的评级。现有17个分布线有267兆瓦容量的超载,并替换为新行500 MW的评级。线损失达到110千瓦的现有系统保持11千瓦以下提出的系统。图如图16 (b)这比较新旧系统的损失。
负载的功率因数提高DG时注射在负载端。所以新的功率因数略低于统一为一个健壮的电力系统是一个好迹象。高功率因数也降低了设备的成本,因为设备成本低功率因数下由于当前高评级。高功率因数降低铜的损失因为的相位分量电流降低。它也减少了损失和电压调节发生由于低功率因数。权力因素的图和电压在负载端配置文件所示数据区(17日)和17 (b)。
(一)
(b)
特定的负载的功率因数是更好的在现有系统(> 0.9);然而,它保持低于0.85的连接负载。在模拟系统中,在统一的功率因数就大大的提升了。电压,另一方面,在负载端有足够小值之间的不同主要是300 V和320 V。所需的值的电压是380 V (相间电压),成功地通过光伏安装。
4.4。区B:变压器、配电线路和负荷分析
区B由24个变形金刚,24加载,48线。在现有的系统中,4变压器过载要求新的变压器安装更好的评级。比较新旧评级图所示18。
更换旧变压器与更好的评级后,显著减少损失与前面的情况。变压器的损失达到38千瓦现在降低到更小的值和最大接近11千瓦。旧变压器的损失和新变压器损失区B是绘制在图(19日)。
(一)
(b)
线安装后的损失也降低了DG和代替分布行适当的评级。7分布线(267)超载,取而代之的是500行。因此,线的损失减少,低于12 kW接近现有系统的120千瓦。图如图(19日)相比之下,旧系统线损失和新系统的损失。
负载的功率因数提高DG时注射在负载端。所以新的功率因数接近团结与前面的情况。它也减少了损失,提高了电压调节。旧系统的功率因数波动,达到最低的0.73提高到统一与DG注入。电压也保持低于350 V;然而,它仍然高于375 V为新系统。功率因数和电压概要文件的图形如图20(一个)和20 (b),分别。
(一)
(b)
4.5。区C:变压器、配电线路和负荷分析
区C由24个变形金刚,24加载,48线。在现有的系统中,8变压器超载。为了克服这个问题,新变压器连接到负载。比较新旧评级区C如图21。
当变压器使用适当的评级,在很大程度上减少损失。在旧系统中,变压器的损失达到30千瓦和他们达到6.5千瓦的新系统。变压器的图形如图损失(22日)。
(一)
(b)
线损失DG注入时,减少了更换行适当的评级。十二分布线过载,取而代之的是500兆瓦的系统。在区域C,损失接近120千瓦减少到6千瓦的新系统。图如图22 (b)显示线损失现有和更新系统。负载的功率因数提高DG时注射在负载端。再次带C,新的功率因数几乎是统一的。现有系统的功率因数降低至0.68后提高DG注入。新旧之间的图形如图权力因素23日(一)。
(一)
(b)
电压概要文件也改善了由于DG注入。旧系统的电压水平不同的300 V和340 V之间大幅改善光伏注射后约378 V。新老图所示电压水平23日(b)。
5。结论
巴基斯坦是一个发展中国家,能源危机更整体经济低。一个案例研究已经观察负载在Layyah流从132千伏电网站。有功率损耗的问题,可怜的电压,功率因数低,和重载的变形金刚。为了解决这些问题,可用两种方法:一种是升级电网220千伏,另一个是注入DG系统满足需求方的需求。第二种方法是采用的解决方案的问题。三个区域设计在发育阶段模拟功率流算法采用牛顿迭代法和讨论。每个区由24个变形金刚,24恒定负载,48电缆。
11区有24个变压器,变压器是重载超载和18分布线。负载功率因数0.71 Shahpur需要,在Maujgarh和较低的电压是293 V。当DG注入变压器,配电线路开始正常工作以最小的损失。Shahpur需要的负载功率因数0.9975,Maujgarh电压概要文件的改进从293 V到374 V。同样,在每个元素损失降低,功率因数的改善也是明显的。8 B区有24个变压器,变压器超载,12分布线是超载,在Awanwala最低的功率因数为0.69。在Ladhana最低的电压是298 V。当DG注入到所有变压器、配电线路开始在一个合适的工作方式以最小的损失。Awanwala负载的功率因数0.9973。Ladhana的改进从298 V到374 V电压概要文件。 Zone C has 24 transformers in which 4 transformers are overloaded, 8 distributions lines are overloaded, and the lowest power factor is 0.75 at Zard. The lowest voltage at Karlo is 283 V. When DG is injected, distribution lines started working properly with minimum losses. The power factor of loads in the Zard region becomes 0.9862. The voltage profile in the Karlo region improved from 283 V to 375 V. Initially, total losses were 4.58 MW and 12.30 MVAR which were then reduced in the newly implemented system up to 0.548 MW and 0.834 MVAR. Load forecasting is done in this case study where more power is needed. In this design, old transformers were replaced by new transformers to save the consumer side from outages of power. Every zone needs 8 MW power, so 24 solar panels of 1 MW each were installed at the consumer side. This method has the potential to overcome the problem of load shedding as well, which is about 6 to 8 hours in the region.
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。数据在相关地方引用文本中引用。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
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版权
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