含分布式電源的配電網(wǎng)潮流計算方法的研究

趙鳳梅+徐海利+陳雪琨+梁湖輝

摘 要：含分布式電源配電網(wǎng)潮流的計算是配電網(wǎng)絡(luò)分析的一項重要內(nèi)容，它是對配電網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計運行方式的合理性、可靠性和經(jīng)濟性進行有效分析的重要依據(jù)。本文分析了配電網(wǎng)絡(luò)的特征，然后建立了配電網(wǎng)的潮流計算的有效模型，提出了網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)及電容器投切的配電網(wǎng)優(yōu)化方法優(yōu)化的方法。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；潮流計算方法；網(wǎng)絡(luò)拓撲

1 科學(xué)意義和應(yīng)用前景

隨著化石能源的日益枯竭，以風(fēng)機、光伏、微型燃氣輪機等為代表的分布式電源得到了廣泛關(guān)注與快速發(fā)展。2013年7月18日，國家發(fā)展與改革委員會印發(fā)了《分布式發(fā)電管理暫行辦法》，為我國分布式電源的發(fā)展做出了有利的政策引導(dǎo)。目前，全國各地紛紛響應(yīng)國家能源產(chǎn)業(yè)政策號召，積極調(diào)整優(yōu)化能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟發(fā)展，大力發(fā)展分布式電源接入配電網(wǎng)。

分布式電源接入配電網(wǎng)后，配電網(wǎng)由無源網(wǎng)絡(luò)變?yōu)橛性淳W(wǎng)絡(luò)，潮流也由單向變?yōu)閺?fù)雜的雙向潮流，同時也會改變電壓分布，給配電網(wǎng)的優(yōu)化運行工作帶來了新的挑戰(zhàn)與要求。為了能夠使得配電網(wǎng)更加經(jīng)濟、安全、可靠地運行，有必要研究含分布式電源的配電網(wǎng)綜合運行優(yōu)化方法。

2 配電網(wǎng)特點

配電網(wǎng)與輸電網(wǎng)最主要的區(qū)別主要有兩點，一是配電網(wǎng)電壓等級相對較低，輸送容量有限，輸送距離較短，二是輸電網(wǎng)一般是網(wǎng)與網(wǎng)之間相聯(lián)，輸送容量較大，輸送距離相對較長。因此，在潮流計算時，由于配電網(wǎng)電壓較低，其等值電路一般只考慮電阻和電抗即可，電導(dǎo)和電納基本可以忽略。而輸電網(wǎng)的等值電路必須考慮電導(dǎo)和電納對潮流的影響，同時，在運行和穩(wěn)定計算分析時，輸電網(wǎng)由于輸送距離較長，還必須考慮功角損失。建立配電網(wǎng)的有效模型、支路模型等；配電網(wǎng)的潮流計算法的分類還沒有統(tǒng)一標準，如果有人根據(jù)配電網(wǎng)的潮流計算所采用狀態(tài)量分為母線功率型、母線電流型、支路功率型和支路電流型，還有人從傳統(tǒng)潮流算法分類的角度可分為前推回推法、ZBUS高斯法、直接法、快速解耦法、改進牛頓法、網(wǎng)絡(luò)化簡法等。目前國內(nèi)外在配電網(wǎng)運行優(yōu)化方面已經(jīng)取得了一些研究成果，但是尚未有文獻報道將無功優(yōu)化、分布式電源有功優(yōu)化和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)三者相結(jié)合的配電網(wǎng)綜合運行優(yōu)化研究。為了能夠使得分布式電源接入后的配電網(wǎng)能夠更加經(jīng)濟安全地運行，有必要研究配電網(wǎng)綜合運行優(yōu)化方法和相應(yīng)的高效求解算法。

3 配電網(wǎng)的潮流計算優(yōu)化

目前，國內(nèi)外在配電網(wǎng)運行優(yōu)化領(lǐng)域已經(jīng)做了一些研究[1]。文獻[2]和[3]分別研究了不含分布式電源和含分布式電源的配電網(wǎng)無功優(yōu)化問題。文獻[4]目前，國內(nèi)外在配電網(wǎng)運行優(yōu)化領(lǐng)域已經(jīng)做了一些研究。研究了不含分布式電源和含分布式電源的配電網(wǎng)無功優(yōu)化問題。建立了以網(wǎng)損最小為優(yōu)化目標的配電網(wǎng)重構(gòu)模型，分別采用禁忌搜索算法和粒子群算法進行求解。研究了含分布式電源的配電網(wǎng)有功-無功聯(lián)合優(yōu)化問題。提出了網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)及電容器投切的配電網(wǎng)優(yōu)化方法。和建立了以網(wǎng)損最小為優(yōu)化目標的配電網(wǎng)重構(gòu)模型，分別采用禁忌搜索算法和粒子群算法進行求解。研究了含分布式電源的配電網(wǎng)有功-無功聯(lián)合優(yōu)化問題。提出了網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)及電容器投切的配電網(wǎng)優(yōu)化方法。

就目前配電網(wǎng)絡(luò)自動化設(shè)備覆蓋率比較低、配電網(wǎng)的模型數(shù)據(jù)維護量大、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不完整、研究實時量測信息缺少情況，結(jié)合用電信息采集和典型負荷特性進行負荷的校驗和負荷的補全。采用最優(yōu)辦法，結(jié)合配電網(wǎng)的輻射網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，采用分塊的稀疏矩陣的技術(shù)，既保證潮流計算的收斂，也保證了計算得快速準確性，從而滿足了實際工程需要，解決實際工程中的實用化潮流分析計算的問題。潮流計算為電力系統(tǒng)分析的一種最基本的計算方法，它的根本任務(wù)是對已給定的運行條件來確定系統(tǒng)運行狀態(tài)，也是在三相都平衡的穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下來計算電力系統(tǒng)中的每條母線電壓的幅值和相角，并且每一個設(shè)備比如傳輸線和變壓器中的有功和無功潮流，與各設(shè)備損耗也需要計算出來。

配電網(wǎng)運行優(yōu)化領(lǐng)域的研究熱點主要包括配電網(wǎng)無功優(yōu)化、分布式電源出力優(yōu)化和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等。配電網(wǎng)運行優(yōu)化問題的常見優(yōu)化目標有網(wǎng)損最小、電壓偏移率最小和運行費用最小等，約束條件則包括潮流方程、節(jié)點電壓和支路功率等一系列電氣約束條件。配電網(wǎng)運行優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型通常具有非線性、多約束、離散變量和連續(xù)變量并存的特點，往往難以采用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)優(yōu)化方法進行求解，一般采用以遺傳算法和粒子群算法為代表的群體智能算法進行求解。

4 結(jié)論

首先建立分布式電源出力模型，并研究含分布式電源的配電網(wǎng)潮流計算方法。接著以網(wǎng)損最小為目標函數(shù)建立配電網(wǎng)綜合運行優(yōu)化模型，約束條件包括潮流方程約束、節(jié)點電壓約束、支路功率約束和網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)約束等，該模型能夠同時優(yōu)化補償電容器投切容量、有載調(diào)壓變壓器變比、分布式電源出力和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。然后根據(jù)模型的特點，提出基于智能優(yōu)化算法的高效方法對模型進行求解。

參考文獻

[1]王淳，程浩忠，陳懇.配電網(wǎng)動態(tài)無功補償?shù)恼w優(yōu)化算法[J].電工技術(shù)學(xué)報，2008，23（2）：109-114.

[2]LIANG R H， CHEN Y K， CHEN Y T. Volt/Var control in a distribution system by a fuzzy optimization approach[J]. International Journal of Electrical Power & Energy Systems， 2011，33（2）：278-287.

[3]熊寧，程浩忠.基于開關(guān)組的禁忌算法在配電網(wǎng)動態(tài)重構(gòu)中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化，2008，32（11）：56-60.

[4]陳曦，程浩忠，戴嶺，等.鄰域退火粒子群算法在配電網(wǎng)重構(gòu)中的應(yīng)用[J].高電壓技術(shù)，2008，34（1）：148-153.