電力分布式資源并網前的模擬分析

程起明　姚志遠

摘 要：該文將利用隱含式高斯法三相電力潮流程序分析低壓微型電網的連續電力潮流，仿真分析時假設負載三相平衡和不平衡二種情況，設負載在三相平衡情況下進行模擬分析，茲就各負載母線電壓分布、負載量、線路流量、系統損失等一天24小時模擬結果。根據并網前的模擬分析深入了解該微型電網系統尚未整合各類分布式資源于系統前的線路沿線電壓、線路流量，以及系統損失等指標，可同時檢驗該系統設計得當與否，以及作為分布式資源并網后的沖擊與影響分析的參考。

關鍵詞：電力分布 資源 并網 模擬

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（b）-0046-01

1 三相平衡案例分析

1.1 負載母線電壓仿真結果

假設未改變配電變壓器分抽頭時各負載母線日電壓分布曲線模擬結果，可獲知除了配電變壓器二次側母線Bus2電壓均高于0.97pu外，其余各負載母線電壓在負載相對較重的情況下均低于0.97pu，尤其以Bus10在下午14：00時的電壓0.916pu為整個系統電壓最低者。造成電壓降過大的主要原因之一為線路長度太長，因此，必須調整配電變壓器分抽頭或并入電力電容器組加以改善。

1.2 負載母線負載量

在三相負載平衡情況下，各負載母線的實功率及虛功率總和模擬結果可以看出，尖峰負載發生在下午14：00時，其總實功率及虛功率分別為139.604kW以及 86.52kvar；離峰負載發生在清晨04：00時，其總實功率及虛功率分別為37.9kW以及23.448kvar；此外，各負載母線的實功率和虛功率日負載曲線[1]，則可看出，各母線依其用戶類型的不同，尖峰負載發生時刻自然有所差異。

1.3 線路流量

在三相負載平衡情況下，線路電流以及復數功率流量的模擬結果，由模擬結果可得知，從Bus1到Bus2的尖峰負載流量為50.952kW，離峰負載流量則為13.252kW。線路電流與功率流量成正比關系；此外，線路電流均未超過各導線規格所對應的導線安培容量。

1.4 系統損失

在三相負載平衡情況下，系統總實功率及虛功率損失的模擬結果則示，而線路實功率及虛功率損失的模擬結顯示線路損失與線路電流量平方成正比關系，因此，與線路流量尖峰時刻相同，系統發生最大損失時刻為下午14：00時，其實功率損失為13.164kW，虛功率損失為6.572kvar；而系統損失最低時刻為清晨04：00時，其實功率損失為2.012kW，虛功率損失為1.124kvar，充分驗證三相電力潮流程序能確實反應實際系統物理特性。

2 三相不平衡案例分析

在分析三相負載不平衡案例時，乃假設A相占三相總負載量的50%、B相占三相總負載量的30%，以及C相占三相總負載量的20%。茲分述模擬分析結果如下。

2.1 負載母線電壓

在三相負載不平衡情況下，配電變壓器二次側母線及各負載母線的電壓分布仿真結果即便在負載極不平衡的情況下，Bus2的全日電壓分布均高于0.97pu，而各負載母線中僅Bus8的C相全日電壓分布皆高于0.97pu；其余負載母線電壓普遍而言均低于0.97pu，尤其以A相最為嚴重、其次為B相，最輕者為C相，此一模擬結果亦反應各相負載的分配比例。

2.2 負載母線負載量

在三相負載不平衡情況下，如同三相平衡案例所假設的總負載量，各負載母線的實功率及虛功率總和模擬結果可看出，各負載母線的實功率和虛功率日負載曲線，其中三相負載中以A相最重、其次為B相、最輕為C相，各母線依其用戶類型的不同，發生尖峰、離峰負載時刻自然有所差異。

2.3 線路流量

負載在三相不平衡情況下的線路電流及功率流量模擬結果，由模擬結果可獲知線路流量確實反應各相負載不平衡分配情況，各相流量的大小依序為A相、B相與C相。

2.4 系統損失

在三相負載不平衡情況下，系統總實功率及虛功率損失的模擬結果中線路實功率及虛功率損失的模擬結果可得知總損失最大為15.612kW最低為2.128kW；至于線路損失部分，從Bus11到Bus12的饋線段于下午18：00時最高損失為1.136kW為整個系統線路損失最高者。

3 綜合分析與討論

針對低壓微型電網進行分布式發電系統并網前電力潮流分析，分析目的在為了解原始系統各母線電壓分布以及線路流量，藉由仿真結果可充分了解系統特性也可驗證系統模型的正確性，由仿真結果得知：

（1）在負載三相平衡情況下，各負載母線電壓輕載發生在凌晨24：00時至清晨06：00時之間，此時不論住宅類、工業類或商業類用戶均為用電量為最少時間，然06：00時后用電量開始上升使得負載也逐漸加重，當工業區早上08：00時至下午17：00時上班時間用電量最多，母線電壓最低為0.916pu且發生在母線Bus10；此外，商業區在早上08：00時至晚上20：00時為用電量最多的時間；另外，住宅區于下午17：00時至晚上23：00時用電量最多，此乃反應用戶下班期間回家休息使得電器設備使用量最高，造成各負載母線電壓降普遍都超過3%屬于不合格的范圍。

（2）在負載三相不平衡情況下，與負載三相平衡情況相似，各負載母線電壓輕載發生在凌晨24：00時至清晨06：00時之間，此時為住宅類用戶休息睡眠時間所以用電量最少，06：00時后用電量逐漸上升、負載也逐漸加重，當工業類負載早上08：00時至下午17：00時上班時間用電量最多、負載也最重，負載母線電壓最低為0.867pu且發生在Bus10；另外，商業類用戶在早上08：00時至晚上20：00時為用電量最多的時間；而住宅類用戶于下午17：00時至晚上23：00時用電量最多，相似地，各負載母線重載時的電壓降都高于3%皆屬于不合格的范圍。

4 結語

綜合歸納上述結論可知，重載時各負載母線電壓降都高于3%皆屬不合格范圍，因此有必要針對電壓不合格的現象利用并聯電容或調整主變壓器分抽頭的方式加以改善，使負載母線電壓位于標準范圍之內。

該文提出利用改變配電變壓器分抽頭或投入電容器方式以改善母線電壓不合格的情況，其調整流程步驟簡述如下。

步驟1，輸入執行三相電力潮流所需的各母線、線路及負載資料等相關系統資料。

步驟2，執行三相電力潮流程序。

步驟3，判斷各母線電壓是否合格，驗證電壓是否介于1.025pu到0.97pu之間，如果是可結束程序至步驟5。超過該范圍則繼續執行步驟4并返回步驟2直到各母線電壓合格為止。

步驟4，改變主變壓器分抽頭或投入電容器。

步驟5，輸出結果。

參考文獻

[1] 于大洋，宋曙光，張波，等.區域電網電動汽車充電與風電協同調度的分析[J].電力系統自動化，2011，35（14）：24-29.

[2] 趙俊華，文福拴，楊愛民，等.電動汽車對電力系統的影響及其調度與控制問題[J].電力系統自動化，2011，35（14）：2-10.