含有分布式電源的配電網潮流計算現狀

張曉雷　魯慶?！≠M明

摘 要：文章主要介紹了分布式發電的幾種類型，即：微型燃氣輪機、燃料電池、太陽能光伏電池和風能發電。計及DG影響的潮流計算改進方法，主要集中在對分布式電源的建模及其在潮流算法中的處理方法上，給出了配電網潮流計算的應用領域。

關鍵詞：分布式電源；配電網；潮流計算

1 分布式發電的類型

目前，分布式發電有很多種類型，各自具有不同的發電原理與發電方式。由于電網使用的是具有額定頻率的交流電，因此分布式電源與電網連接將最終要轉換成額定頻率的交流電。不同類型的分布式電源與電網的連接方式各不相同，大致上可分為：通過同步發電機和感應發電機等交流發電機與系統連接的方式，如往復式發動機與燃氣輪機等；以及把分布式電源發出的直流電通過換流器轉換成交流電與電網連接的方式，如太陽能光發電和燃料電池。對于風力發電機，由于風速的改變，風機的轉速變化，交流發電機的頻率發生變化，可以通過將交流電先轉換成直流電再轉換成額定頻率交流電的連接方式。對于微型燃氣輪機同樣可以通過“交—直—交”的方式把高頻交流電轉換成額定頻率交流電與電網連接。

2 分布式電源的分類

分布式發電是指直接布置在配電網或分布在用戶附近，發電功率在數千瓦至50WM、與環境兼容的獨立電源。分布式發電主要包括微型燃氣輪機（Micro-turbines）、燃料電池（Fuel Cell）、太陽能光伏電池（Photovoltaic Cell）和風力發電機（Wind Turbine）等。

2.1 微型燃氣輪機

微型燃氣輪機具有多臺集成擴容、體積小、質量輕、發電效率高、污染小、運行維護簡單等技術特征，除了分布式發電外，還可用于備用電站、熱電聯產、尖峰負荷發電等，它是目前最成熟、最具有商業競爭力的分布式電源之一。

2.2 燃料電池

與常規發電方式相比燃料電池具有以下優點：1、能量轉化效率高，燃料電池的能量轉化效率可達80%-95%；2、發電效率高，可達50%-60%；3、適應負荷變化能力極強，當負荷變化在25%-100%范圍內時，電池效率都不受影響。4、清潔無污染，沒有噪音污染；5、燃料電池能用于的燃料非常廣泛，如煤、石油、天然氣等；6、模塊化組裝方式，安裝、維護的方便；7、占地少、建設快。

2.3 太陽能光伏電池

目前應用的太陽能光伏電池是一種半導體器件（如單晶硅、多晶硅），受到太陽光照時能產生光伏效應，將太陽光能轉變成直流電能。在使用時將太陽能光伏電池封裝成組件，然后根據需要將組件串并聯組成方陣。光伏電池的輸出功率受日照強度、電池結溫等因素的影響，不能調度。

2.4 風能發電

風力發電是將風能轉化為電能的一種發電技術。風力發電通過風力發電機將風能轉化為電能，它不需要消耗燃料，是一種清潔型能源。風機的輸出功率由風場的風速決定。

3 含有分布式電源的配電網潮流計算

分布式電源（DG）與傳統大電網并聯運行后，大量電力電子設備和電容、電感的引入，將改變傳統電力系統的網絡拓撲，從而影響潮流的分布，給電網的穩定性帶來了不確定性。

國內外學者研究了一些計及DG影響的潮流計算改進方法。包含DG的配電網潮流計算與普通潮流計算的區別之一是DG的潮流計算模型與傳統發電機組計算模型不一致。傳統的發電機節點在潮流計算中一般取為PQ節點、PV節點或平衡節點。而DG有特殊性，其節點能否取為這3種節點類型需要全面考慮。潮流計算中究竟如何選取DG的節點類型目前還沒有得到充分研究。

目前主要的改進方法之一是對不同類型的DG分別建模，使DG能夠以比較通用的形式加入到配網潮流計算中去。國外有學者針對輻射狀配電系統，應用前推回代法求解潮流，將系統中分布式發電模擬成PV節點，應用PV節點敏感性矩陣來消除電壓幅值的偏差。在我國，有相關學者對DG與電網互聯的3種常見接口形式進行了介紹，對異步發電機、無勵磁調節能力的同步發電機和燃料電池等幾種典型DG的運行方式和控制特性進行研究，建立了各自在潮流計算中所需的數學模型，并在此基礎上提出了基于靈敏度補償的配電網潮流計算方法。

近年來，對分布式發電潮流計算的研究進一步深化和擴展，提出了更適用于實際的分布式發電系統潮流計算的方法，同時還出現了一些創新性很強的方法值得進一步的拓展。為了解決實時性潮流計算問題，Dariush等人提出了一種初等配電系統三相潮流計算的實時解析法。該方法是基于補償法的弱環網潮流計算法的直接擴展，加重了對分布式發電的控制。其中補償法的理念能夠較成功地減少PV節點的電壓幅值誤差，從而使這種方法能夠較好地適應部分含有分布式發電的初等配電系統。另外，王成山、鄭海峰等人提出了適用于風力發電、太陽能發電等隨機發電模型的隨機潮流計算方法，它運用了概率統計方法處理系統運行中的隨機變化因素，給出系統運行電壓、支路潮流等概率分布情況，可以更深刻地揭示系統運行狀況，為系統安全運行決策提供更完整的信息。

隨機潮流考慮的隨機因素包括負荷的不確定性、發電機的強迫停運和隨機出力。隨機潮流的解析法在隨機潮流計算模型中將交流潮流方程線性化，并認為節點注入功率的變化是獨立的，將系統狀態變量視為各獨立諸如功率變量的線性和，權重系數為靈敏度系數；并采用卷積運算和級數展開等方法獲得狀態變量的分布。