節(jié)點(diǎn)電壓約束下多分布式電源接入的配電網(wǎng)極限容量研究

凌曉峰

摘 要：隨著分布式電源在配電網(wǎng)中的滲透率越來越高，分布式電源對(duì)配電網(wǎng)的影響及配電網(wǎng)分布式電源接納能力越來越引起人們的關(guān)注，本文從配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓方面出發(fā)，分析了分布式電源接入配電網(wǎng)引起電壓越限的問題，進(jìn)一步采用遺傳算法計(jì)算了多個(gè)分布式電源接入配電網(wǎng)的極限容量。

關(guān)鍵詞：分布式電源；電壓越限；遺傳算法；極限容量

1 分布式電源概述

1.1 接入配電網(wǎng)的分布式能源發(fā)電類型

分布式能源發(fā)電的應(yīng)用多以分散的形式接入配電網(wǎng)運(yùn)行，它們的接入會(huì)讓配電網(wǎng)從傳統(tǒng)的功率接收端轉(zhuǎn)變?yōu)楣β实陌l(fā)射端，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變成一個(gè)有源網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)分布式電源會(huì)對(duì)電壓產(chǎn)生抬升的作用，其發(fā)出的有功會(huì)影響到配電網(wǎng)的潮流分布，而無功將會(huì)直接影響接入節(jié)點(diǎn)的電壓，都可以對(duì)潮流的流向產(chǎn)生重大的影響，不僅如此，配電網(wǎng)大滲透率地接入配電網(wǎng)還會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的繼電保護(hù)，網(wǎng)絡(luò)損耗，電能質(zhì)量提出挑戰(zhàn)。

分布式能源發(fā)電高滲透率接入會(huì)對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生不良影響，如節(jié)點(diǎn)電壓越限，支路載流量越限，短路電流越限定，電能質(zhì)量降低，可靠性降低，保護(hù)出錯(cuò)等。

1.2 我國的分布式電源接入標(biāo)準(zhǔn)

在2010年和2011年，我國的國家電網(wǎng)公司先后頒布了針主動(dòng)對(duì)配電網(wǎng)中分布式電源的系列標(biāo)準(zhǔn)，包含Q/GDW 666-2011《分布式電源接入配電網(wǎng)測(cè)試技術(shù)規(guī)范》等三項(xiàng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)主要適用于十千伏以下的電壓等級(jí)的配電網(wǎng)接入得到分布式電源。除了針對(duì)各種類型DR的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)之外，國內(nèi)還發(fā)布了一些針對(duì)具體DR形式的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T 19963《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》，Q/GDW 617《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》。

2 配電網(wǎng)分布式電源的極限容量研究

2.1 鏈?zhǔn)骄W(wǎng)建模

在此，本文將分布式電源當(dāng)成具有恒定功率因數(shù)的PQ節(jié)點(diǎn)，在數(shù)值考慮上直接將其設(shè)定為負(fù)的負(fù)荷，并且可以假設(shè)分布式電源直接接在負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之上，且功率因數(shù)為1，即工作在單位功率因數(shù)的工況下。

對(duì)于一個(gè)20個(gè)節(jié)點(diǎn)的鏈?zhǔn)骄W(wǎng)建模：

基準(zhǔn)電壓10.5KV，基準(zhǔn)容量為10MVA：并且在第20個(gè)節(jié)點(diǎn)上裝設(shè)了一個(gè)DR。參數(shù)設(shè)置如文獻(xiàn)[3]算例。

根據(jù)潮流計(jì)算公式

可以得出該鏈?zhǔn)骄W(wǎng)的電壓降落，同時(shí)考慮電壓波動(dòng)

U2為DG之后的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓數(shù)值，U1為不接入DG的沿線電壓值，根據(jù)上式可以做出各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓波動(dòng)情況。

分析可知：（1）分布式電源對(duì)線路的電壓會(huì)有良好的支撐效果，隨著分布式電源的滲透率提高，該效果越明顯。（2）電壓波動(dòng)最劇烈的點(diǎn)在分布式電源裝設(shè)地點(diǎn)，由上圖可以知道，當(dāng)分布式電源為基準(zhǔn)容量的0.3倍的時(shí)候，電壓波動(dòng)已經(jīng)超過了國家規(guī)定的2%。（3）當(dāng)接入配電網(wǎng)的分布式電源大到一定程度之后，線路的潮流將會(huì)改變，使得節(jié)點(diǎn)的電壓升高，甚至超過限定值。

因此分布式電源對(duì)電能質(zhì)量最惡劣的影響應(yīng)該是接入線路末端的情況。

2.2 多電源接入的線路極限容量

2.2.1單電源接入的極限容量

對(duì)于單電源的極限容量 可以采用上一節(jié)使用的爬山法求得單個(gè)電源的極限容量，即：使單個(gè)電源的功率從0開始累加，然后每累加一次求一次饋線上的節(jié)點(diǎn)電壓，若沒有越限，則繼續(xù)累加，直至累加到某一節(jié)點(diǎn)電壓超過電壓規(guī)定值時(shí)，前一迭代次數(shù)的功率值即為電源的最大功率。

2.2.2多電源接入的線路極限容量

本文利用遺傳算法來計(jì)算多個(gè)分布式電源的最大功率的求解。

在此本文假設(shè)：

（1）分布式電源處于單位功率因數(shù)狀態(tài)。（2）由于是求極限容量，因此宜假設(shè)整個(gè)線路的負(fù)載處于輕載狀態(tài)，假設(shè)此時(shí)的線路負(fù)載為前例的十分之一。（3）假設(shè)有三個(gè)分布式電源連接在節(jié)點(diǎn)5，節(jié)點(diǎn)10，節(jié)點(diǎn)15上。（4）每個(gè)節(jié)點(diǎn)的分布式電源有上限，上限設(shè)定為標(biāo)幺值1，實(shí)際的最大值為10MVA。

因此該問題就轉(zhuǎn)變?yōu)椋呵蟪鲈陔妷涸较逓榧s束條件的情況下的三個(gè)電源的功率之和的最大值。

其等式約束又被潮流方程自動(dòng)滿足，約束條件如下：

在滿足電壓越限約束條件之下，選取最大的功率值，交叉概率取0.85，變異概率取0.05，染色體長度為75，種群數(shù)量為30個(gè)，迭代次數(shù)250次。

最后可以得出三個(gè)分布式電源的容量：

可以得出幾個(gè)結(jié)論：

（1）本文建立的考慮靜態(tài)安全約束的分布式電源準(zhǔn)入容量的數(shù)學(xué)模型及其優(yōu)化算法能夠方便的確定分布式電源的準(zhǔn)入容量。（2）分布式電源接入配電網(wǎng)之后對(duì)配電網(wǎng)的影響是復(fù)雜的，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)載相差不大的情況下，應(yīng)該先使線路前端的分布式電源滿載發(fā)電，這是因?yàn)樵酵€路末端，該電源對(duì)線路的影響就越大。（3）分布式電源的極限容量跟每個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載關(guān)系密切，節(jié)點(diǎn)負(fù)載高，則可以提高該節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)功率。

3 不足與展望

本文的研究內(nèi)容限于分布式電源處于單位功率因數(shù)的運(yùn)行狀態(tài)之下，實(shí)際上，盡管電網(wǎng)公司不要求低壓配電網(wǎng)中的分布式電源參與有功頻率調(diào)整和無功電壓調(diào)整，但是隨著分布式電源的滲透率不斷地提高，分布式電源開始在配電網(wǎng)中扮演越來越重要的角色。

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