含分布式電源的配電網(wǎng)潮流計(jì)算

牛維

【摘 ?要】在分布式電源系統(tǒng)當(dāng)中它主要是和大電網(wǎng)的供電系統(tǒng)起到了一個(gè)相互協(xié)調(diào)和補(bǔ)充的作用，這主要是利用了現(xiàn)有的綜合設(shè)備以及資源，從而可以給用戶提供一個(gè)更為良好的電能可靠的應(yīng)用方式。由于分布式電源通過了并網(wǎng)以后，這對(duì)于在各個(gè)地區(qū)的電網(wǎng)運(yùn)行以及在其結(jié)構(gòu)當(dāng)中都發(fā)生很大的變化，有著一定的影響，因此，分布式的電源潮流計(jì)算就起到了一定的作用，也是作為評(píng)估的重要方式，作為優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行的重要理論基礎(chǔ)，通過我們長(zhǎng)期的研究證明，其技術(shù)已經(jīng)較為成熟，利于長(zhǎng)足的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】分布式電源;配電網(wǎng);潮流計(jì)算

分布式發(fā)電系統(tǒng)（Distribute Generation，DG）因具有靈活、高效、可靠等優(yōu)勢(shì)而發(fā)展迅速。在電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，大量DG的接入對(duì)配電網(wǎng)的穩(wěn)定性、網(wǎng)絡(luò)損耗及電壓分布造成了較大影響。因此，需要采用改進(jìn)傳統(tǒng)潮流分析的方法來處理DG接入問題。

1 分布式潮流計(jì)算的重要性

在目前條件下，分布式電源的容量其大小均不同，一般在配電系統(tǒng)中，都有不同數(shù)量的分布式電源，所以，在分布式電源當(dāng)中應(yīng)用潮流計(jì)算是具有非常關(guān)鍵的作用。在一般情況下，在接入分布式的電源當(dāng)中，由于它的配電網(wǎng)不同，所以在它的節(jié)點(diǎn)位置就會(huì)具有一定的電壓以及功率，也會(huì)受到不同程度的作用，從中我們可以看出，一旦要對(duì)這些分布式的配電系統(tǒng)進(jìn)行分析量化處理時(shí)，必須要應(yīng)用相關(guān)的潮流計(jì)算法。在現(xiàn)階段，一般應(yīng)用潮流計(jì)算法時(shí)都沒有充分的考慮到分布式電源所造成的一定影響，因此，在應(yīng)用時(shí)不能直接用該方法進(jìn)行計(jì)算。如果在先前了解分布式電源的主要模型，再對(duì)其進(jìn)行操作，就可以充分的了解到分布式電源它的具體節(jié)點(diǎn)可以怎樣轉(zhuǎn)化為普通節(jié)點(diǎn)，也就可以保證潮流計(jì)算的最終結(jié)果可靠性。

2 DG的潮流計(jì)算模型

2.1 DG節(jié)點(diǎn)類型處理

在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中，通常將根節(jié)點(diǎn)視為平衡節(jié)點(diǎn)，而其他中間節(jié)點(diǎn)視為PQ節(jié)點(diǎn)。DG不同于傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式和控制特性，在確定性潮流計(jì)算中歸結(jié)為PQ節(jié)點(diǎn)、PI節(jié)點(diǎn)、PV節(jié)點(diǎn)和PQ（V）節(jié)點(diǎn)。PI節(jié)點(diǎn)的無功功率由前次迭代得到的電壓、恒定的有功功率和電流計(jì)算后轉(zhuǎn)化為PQ節(jié)點(diǎn)，PV節(jié)點(diǎn)的無功功率通常用靈敏度矩陣修正[14-15]或以節(jié)點(diǎn)電壓偏差和節(jié)點(diǎn)電抗矩陣的關(guān)系修正[16-18]后轉(zhuǎn)化為PQ節(jié)點(diǎn)，PQ（V）節(jié)點(diǎn)的無功功率以異步發(fā)電機(jī)參數(shù)和機(jī)端電壓的關(guān)系計(jì)算后轉(zhuǎn)化為PQ節(jié)點(diǎn)。各種DG節(jié)點(diǎn)類型轉(zhuǎn)化的本質(zhì)是在迭代過程中將各類節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成前推回代法及其改進(jìn)方法可以方便處理的PQ節(jié)點(diǎn)。

需要說明，PQ型DG與PQ節(jié)點(diǎn)相比，只是功率流向相反，在潮流計(jì)算時(shí)只需改變功率符號(hào)，將其視為負(fù)的負(fù)荷。PV型DG與PV節(jié)點(diǎn)類似，須有足夠的無功可調(diào)量用以維持給定電壓的幅值。若無功不足或無功注入源不再有備用，無法繼續(xù)提供電壓支撐，使得節(jié)點(diǎn)電壓不能維持在給定值，根據(jù)PVPQ節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換邏輯[19]，PV節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為PQ節(jié)點(diǎn)。

2.2 改進(jìn)控制策略下DG新的節(jié)點(diǎn)類型

隨著DG深入研究，在改進(jìn)控制策略下，輸出電氣特性與傳統(tǒng)控制策略下有很大不同，在潮流計(jì)算中建立模型、確定節(jié)點(diǎn)類型時(shí)，四種常見的DG節(jié)點(diǎn)類型不再適用。文[20]采用直接控制策略，根據(jù)并網(wǎng)光伏發(fā)電功率模型得到其PQ運(yùn)行區(qū)域圖，參照并網(wǎng)點(diǎn)電壓從運(yùn)行表中選擇合理的運(yùn)行點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的PWM幅值調(diào)制比ma和移相角a作用于并網(wǎng)逆變器，使得輸出有功、無功功率依賴于并網(wǎng)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)電壓，可處理成有功和無功均受電壓控制的P（V）Q（V）的節(jié)點(diǎn)類型。文[21]給出了質(zhì)子交換膜燃料電池并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，逆變器采用電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)的同步PI控制策略，模型中增加了SPLL環(huán)節(jié)，使負(fù)荷發(fā)生階躍變化時(shí)，燃料電池并網(wǎng)系統(tǒng)輸出有功功率保持不變，輸出無功保持為零，因此不能處理成PV節(jié)點(diǎn)，可視為Q=0的PQ節(jié)點(diǎn)。

2.3 DG處理成有功恒定的依據(jù)

光伏發(fā)電系統(tǒng)有功輸出依賴于光照和溫度，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有功輸出依賴于風(fēng)速，具有隨機(jī)性和時(shí)變性，但在確定性潮流計(jì)算中可處理成有功恒定的節(jié)點(diǎn)類型，這是因?yàn)榇_定性潮流計(jì)算屬于點(diǎn)迭代法，求得的潮流解均為瞬時(shí)狀態(tài)，對(duì)光伏發(fā)電或風(fēng)力發(fā)電建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，應(yīng)建立離散時(shí)間的確定性模型，在潮流計(jì)算時(shí)，認(rèn)為可以預(yù)測(cè)或者給定光照強(qiáng)度或風(fēng)速的精確值，進(jìn)而計(jì)算有功的精確值，這種思想和負(fù)荷在潮流計(jì)算中簡(jiǎn)化處理方法相似。根據(jù)負(fù)荷曲線可知，負(fù)荷也是隨時(shí)間變化的，加之負(fù)荷種類多，其工作狀態(tài)具有隨機(jī)性和時(shí)變性，如何建立準(zhǔn)確適用的負(fù)荷模型仍未很好解決。在確定性潮流計(jì)算中，需對(duì)負(fù)荷模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，采用綜合預(yù)測(cè)負(fù)荷或某一時(shí)刻的真實(shí)負(fù)荷建立恒功率靜態(tài)模型，處理成PQ節(jié)點(diǎn)。

燃料電池不受外界因素影響，通過理想假設(shè)簡(jiǎn)化模型，通過半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑢?dǎo)出逆變器輸出電壓關(guān)于相角的公式，可以認(rèn)為通過氣體流量控制相角，進(jìn)而控制有功輸出恒定，這與常規(guī)發(fā)電機(jī)通過調(diào)節(jié)氣門來實(shí)現(xiàn)有功調(diào)節(jié)類似。對(duì)微型燃?xì)廨啓C(jī)建模時(shí)，通常把微型燃?xì)廨啓C(jī)及電氣部分當(dāng)作一個(gè)整體來建立穩(wěn)態(tài)模型，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)微型燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速雖然發(fā)生變化，但基本維持在額定轉(zhuǎn)速附近，保證輸出功率恒定。

3 算例結(jié)果及分析

IEEE33測(cè)試系統(tǒng)中總有功負(fù)荷為3715kW，總無功負(fù)荷為2300kvar，基準(zhǔn)電壓和潮流收斂精度分別取10.5kV和10-5。本文基于改進(jìn)前推回代法、PV型DG無功采用節(jié)點(diǎn)電壓偏差和節(jié)點(diǎn)電抗矩陣的關(guān)系修正，定量分析加入不同類型DG對(duì)配電網(wǎng)潮流的影響。

為保證整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)是嚴(yán)格吸收型的受端網(wǎng)絡(luò)，且需要盡量避免DG加入后產(chǎn)生逆向潮流，DG加入配電網(wǎng)時(shí)滲透率不易太高本文基于與節(jié)點(diǎn)編號(hào)無關(guān)的改進(jìn)前推回代法定量分析了各種DG接入系統(tǒng)后潮流，仿真結(jié)果表明，DG接入類型、布局方式的改變不影響潮流算法的收斂性能，表明該方法可有效計(jì)算DG并網(wǎng)潮流。DG并網(wǎng)并不僅僅改善系統(tǒng)電壓，減少功率損耗，更重要的是可以減少首端注入功率，相當(dāng)于減少了傳統(tǒng)發(fā)電廠發(fā)出電能，從數(shù)值上解釋了電能更多由清潔高效的DG提供，有效減少了發(fā)電廠排放污染氣體。通過多組方案的計(jì)算結(jié)果分析，也可以為分布式電源的選址、容量提供依據(jù)。

4 結(jié)論

總之，分布式電源通過了并網(wǎng)以后，這對(duì)于在各個(gè)地區(qū)的電網(wǎng)運(yùn)行以及在其結(jié)構(gòu)當(dāng)中都發(fā)生很大的變化，有著一定的影響，因此，分布式的電源潮流計(jì)算就起到了一定的作用，也是作為評(píng)估的重要方式，理論基礎(chǔ)，通過研究證明，其技術(shù)已經(jīng)較為成熟，并且可以得到更為長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳金富，盧炎生.分布式電源技術(shù)在我國的應(yīng)用探討[J].水電能源科學(xué)，2005，23（2）：61-63.

[2]梁才浩，段獻(xiàn)忠.分布式發(fā)電及其對(duì)電力系統(tǒng)的影響[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2001，25（12）：53-56.

[3]王志群，朱守真，周雙喜，等.分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)電壓分布的影響[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28（16）：56-60.

[4]王守相，王成山，劉若沁.基于模糊區(qū)間算法的配電網(wǎng)潮流計(jì)算[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000，24（20）：19-22，40.30（l）：35-40.

（作者單位：國網(wǎng)太原供電公司）