分布式電源對弱環配電網電壓分布影響分析

金昌錦,李少綱,陳端航

(福州大學電氣工程與自動化學院，福建 福州 350108)

分布式電源對弱環配電網電壓分布影響分析

金昌錦,李少綱,陳端航

(福州大學電氣工程與自動化學院，福建 福州 350108)

由于傳統前推回代法無法處理含弱環網的配電系統，基于疊加原理的改進型前推回代法對含分布式電源的弱環配電網進行潮流計算。以IEEE33節點配電系統為算例，研究分析接入分布式電源對輻射狀配電網和弱環配電網電壓分布的不同影響，并總結了分布式電源接入位置，出力大小對弱環配電網電壓支撐的程度。

分布式電源；弱環配電網；潮流計算；電壓分布

1 引言

分布式發電是指功率在幾十千瓦到幾十兆瓦范圍內分布在負荷附近的清潔環保發電,設施能夠經濟、高效、可靠地發電。分布式發電是區別于傳統集中發電，遠距離傳輸，大互聯網絡的發電形式。分布式電源的原動機可以是燃氣輪機、內燃機、風輪機、太陽能光伏、燃料電池儲能等多種形式的能源轉換裝置。中小容量的分布式電源接入配電網絡后，極少正面參與電壓調節。

傳統的的配電網主要是閉環設計，開環運行。隨著電力系統的發展，越來越多的配電網在運行時包含有弱環網并且有大量分布式電源接入，在配電網實際運行和優化計算時，需要計算分段開關和聯絡開關閉合時的弱環網潮流，同時分布式電源的接入與弱環網同時存在會對配電網產生多種影響[1]。分布式發電的引入使得配電系統從放射狀無源網絡變為分布有中小型電源的有源網絡，也對配電網網損、電壓的分布及有功功率和無功功率的數量及傳輸方向均有很大影響。

分布式電源接入配電網后會對配電網運行產生影響，潮流計算是量化分析其影響的基本手段之一，文獻[1]結合分布式電源出力變化接入位置變化以及與線路電壓調節配合的試驗全面總結了分布式電源在配電網中接入位置出力限制等方面的運行規律；文獻[2]引入風力-太陽能混合發電系統的配電網的隨機潮流計算進行研究，建立了隨機潮流分析模型，把風力發電和太陽能發電系統處理為PQ節點類型。文獻[3]將常見的各種分布式電源歸結為PV 節點、PI 節點或PQ(V)節點，提出了基于牛頓法的配電網三相潮流計算方法。文獻[4]針對含有PV型分布式電源的弱環網提出了基于靈敏度阻抗矩陣的無功補償量計算方法來處理PV節點。文獻[5]在對風力發電機組、光伏發電系統、燃料電池、蓄電池、高頻微型燃氣輪機及工頻熱電聯產機組的運行和控制性能詳細分析的基礎上，建立各種分布式電源潮流計算模型，考慮配電網環網問題，提出了改進型的前推回代法。但以上文獻都沒有對分布式電源接入弱環網時不同因素對電壓分布的影響情況進行詳細分析。

本文運用基于疊加原理的改進型前推回代法對含分布式電源的弱環配電網進行潮流計算，具體研究了分布式電源接入容量，接入位置對弱環網電壓抬升情況，總結了分布式電源接入對弱環配電網的影響。

2 計及DG的弱環配電網潮流算法

本文基于前推回代法，采用能處理弱環網和分布式電源的潮流計算方法[6]。運用基于疊加定理的改進型前推回代法處理弱環網：將弱環配電網在合環點處分解為兩個網絡，開環運行的純輻射狀網絡和僅有環路的純環狀網絡。純輻射狀網絡采用傳統前推回代法計算，純環狀網絡采用回路電流法計算。配電網中一般只包含平衡節點和給定有功功率P和無功功率Q的節點，本文為便于研究采用恒功率靜態模型來表示饋線上各節點的負荷。同時假設負荷三相對稱，因電壓等級較低，配電線路長度較短，三相線路間的互感也不予考慮，所有線路阻抗均折合到系統電壓等級。

3 基于疊加原理的改進型前推回代法實現

本文算法計算步驟如下：

(1)從數據庫中讀取節點數據，選取解環節點及環網所包含的節點，各個DG接入節點數據。

(2)初始化開環電壓V0和環路電流Il為0,各節點電壓初始值設為根節點電壓。計算環路總阻抗Z。

(3)計算包含DG節點的節點注入電流。

(4)回推計算各節點電流，將環路電流疊加到各個環網支路，前推求解節點電壓。

(5)檢查開環點電壓差及前后兩次迭代計算中節點電壓差是否滿足收斂判據，滿足則迭代結束，不滿足則更新環路電流Il返回步驟2繼續迭代。

4 仿真與算例分析

本文對含有弱環網及分布式電源的33 節點配電系統進行潮流計算，該系統的網絡參數見文獻[6]，原系統中有五處聯絡線，可以形成五個環網。本文選擇選擇其中的1號，2號和4號環網為例，并在環網內設置分布式電源。功率基準值取S=10MVA，線電壓基準值U=12.66kV。分布式電源出力以及位置信息如表1所示，IEEE33節點配電系統如圖1。

表1 分布式電源的出力和位置信息[1]

圖1 33節點配電系統

4.1 DG接入對輻射狀配網電壓分布影響

自殺是一種復雜的社會現象，研究者可以從多個方面來理解和考察。在進化心理學的框架下，de Catanzaro(1991)提出的適應器理論激發了眾多的研究，值得感興趣的研究者予以關注。不過，這一理論依然還需要更多研究的檢驗，而感興趣的研究者可以在未來著重考慮以下幾個方面。

將33節點配電系統中的聯絡線開關全部打開，網絡為無環網的純輻射狀配電網。接入分布式電源，分布式電源容量及位置情況如表1所示。分布式電源接入對電壓分布的影響如圖2。

圖2 并入DGS前后饋線的電壓分布

從圖2可以看出DGS接入對輻射狀配電網饋線電壓起到了很大的抬升作用，最低的電壓節點值從0.9132 p.u.上升到了0.9501 p.u.。

4.2 含環網未接入DG時電壓分布

分別將網絡中1號，2號和4號聯絡線支路的開關閉合形成環網，進行潮流計算結果如圖3所示。

從圖中可以看出閉合環網1和2對電壓抬升作用較大，閉合環網4對電壓抬升作用不明顯，在合環點甚至出現電壓略微下降。這和合環點兩端電壓差密切相關，合環會把電壓水平拉至兩個原始合環節點電壓的中間值。因此恰當的選擇合環點對改變電壓分布十分重要。

0,1,2,4對應所閉合的聯絡線

4.3 分布式電源出力變化對環網電壓分布影響

以僅接入環網2為例，其他網絡參數和負荷不變，分布式電源安裝位置不變，對接入的所有DG分別在0,33%,66%,100%出力時電壓分布情況如圖4所示。

0%，33%，67%，100%表示DG出力

從圖中可以看出DG出力大小直接影響饋線電壓分布，出力越大對饋線的電壓支撐作用越大。同時對于環網所在的1-11，18-21節點，DG接入容量越大，電壓變化越平穩，電壓降越小。若DG接入容量過大則可能導致電壓越限。

4.4 分布式電源位置變化對環網電壓分布影響

同樣以環網2為例，其他網絡參數和負荷不變，DG出力不變，只改變DG在網絡中的位置。試驗的位置信息如表2所示。

試驗結果如圖5，圖6所示。

從圖5可以看出，總出力相同的分布式發電源分布在不同的位置組合，得到的電壓分布有著較大的差異，當大容量DG安裝位置遠離母線的時候，對節點電壓提升很大，甚至超過了1p.u.，從電壓支撐角度來看，曲線2的電壓支撐效果最好。

表2 DGS位置變化的信息

1,2,3對應表2中的編號

1,4,5對應表2中的編號

從曲線4可以看出大容量DG接入環網可以減少電壓抬升，使饋線整體電壓分布趨于平穩。在不恰當的位置接入DG的電壓支撐會使得某些節點的電壓高于額定電壓(曲線5)。分布式發電的總容量越大，則接入節點的電壓越高，甚至高于送端系統母線電壓此時末節點的分布式發電退出運行線路末端的電壓變化幅度將過大。通常電壓極值點出現在線路首端，但當DG容量較大時，如曲線5所示，電壓極值也會出現在線路中部的接入節點。

當環網解環形成輻射狀配網且大容量分布式電源同時退出運行，環網和DG產生的電壓支撐同時消失，也會造成電壓驟降，對系統安全穩定運行構成威脅。

5 結論

本文基于弱環配電網絡，分布式恒功率靜態負荷結合多個仿真試驗說明分布式發電對配電網穩態電壓分布的影響并得出如下結論：

(1)輻射狀配電網閉合聯絡線形成弱環網會對形成環網部分節點電壓起抬升作用。合環點電壓差越大，合環后對電壓較低的節點電壓提升越多。

(2)在環網存在的情況下，線路長度仍對電壓降有較大影響，線路長度較長的環網，電壓降仍舊較大。

(3)分布式電源對弱環網和輻射狀電網的電壓分布都有相當的影響，影響程度與分布式電源接入容量，位置，功率因數密切相關。

(4)弱環網對分布式電源帶來的電壓抬升有一定抑制作用，當較大容量分布式電源接入時可以考慮接入環網中以減小電壓升。

(5)弱環網解環時要考慮環內是否存在大容量的分布式電源，否則解環的同時分布式電源解列，會導致電壓瞬間驟降，影響電網穩定性。

[1] 王志群,朱守真,周雙喜,等.分布式發電對配電網電壓分布的影響[J].電力系統自動化,2004,28(16):56-60.

[2] 王成山,鄭海峰,謝瑩華,等.計及分布式發電的配電系統隨機潮流計算[J].電力系統自動化,2005,29(24):39-44.

[3] 王守相，黃麗娟，王成山.分布式發電系統的不平衡三相潮流計算[J].電力自動化設備，2007，27(8)：11-15.

[4] 代江,王韶,祝金鋒.含分布式電源的弱環配電網絡潮流計算[J].電力系統保護與控制,2011,39(10):38-42.

[5] 丁明,郭學鳳.含多種分布式電源的弱環配電網三相潮流計算[J].中國電機工程學報,2009,29(13):35-40.88

[6] 車仁飛,李仁俊.一種少環配電網三相潮流計算新方法[J].中國電機工程學報,2003,23(1):74-80.

[7] Baran M,Wu F F.NETWORK RECONFIGURATION IN DISTRIBUTION SYSTEMS FOR LOSS REDUCTION AND LOAD BALANCING[J].IEEE Transactions on Power Delivery,1989,4(2):1401-1407.

[8] 李紅偉,張安安.含PV型分布式電源的弱環配電網三相潮流計算[J].中國電機工程學報,2012,32(4):128-135.

Analysis of the Distributed Power Supply to Weak Loop Distribution Grid Voltage Infuence

JINChang-jin，LIShao-gang，CHENDuan-hang

(College of Electrical Engineering and Automation,Fuzhou University，Fuzhou 350108，China)

Because traditional back/forward sweep power flow calculation are not applicable to the weakly meshed distribution network，this paper calculated based on the superposition principle of improved back/forward sweep power flow calculation.IEEE33 node distribution system as an example，research and analysis of the different voltage profile between radial distribution network and weakly meshed distribution network，and summarizes distributed dower access locations，output power size influence the grid voltage.

distributed generation；weak meshed distribution system；flow calculation；voltage distribution

1004-289X(2015)03-0091-04

TM72

B

2014-05-05

金昌錦(1988-)，男，碩士研究生，研究方向為分布式能源與配電網； 李少綱(1962-)，男，副教授，碩導，研究方向建筑電氣； 陳端航(1989-)，男，碩士研究生，研究方向新能源應用。