含有分布式電源的配電網(wǎng)潮流計(jì)算現(xiàn)狀

張曉雷　魯慶?！≠M(fèi)明

摘 要：文章主要介紹了分布式發(fā)電的幾種類型，即：微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、太陽能光伏電池和風(fēng)能發(fā)電。計(jì)及DG影響的潮流計(jì)算改進(jìn)方法，主要集中在對(duì)分布式電源的建模及其在潮流算法中的處理方法上，給出了配電網(wǎng)潮流計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：分布式電源；配電網(wǎng)；潮流計(jì)算

1 分布式發(fā)電的類型

目前，分布式發(fā)電有很多種類型，各自具有不同的發(fā)電原理與發(fā)電方式。由于電網(wǎng)使用的是具有額定頻率的交流電，因此分布式電源與電網(wǎng)連接將最終要轉(zhuǎn)換成額定頻率的交流電。不同類型的分布式電源與電網(wǎng)的連接方式各不相同，大致上可分為：通過同步發(fā)電機(jī)和感應(yīng)發(fā)電機(jī)等交流發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)連接的方式，如往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)等；以及把分布式電源發(fā)出的直流電通過換流器轉(zhuǎn)換成交流電與電網(wǎng)連接的方式，如太陽能光發(fā)電和燃料電池。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由于風(fēng)速的改變，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化，交流發(fā)電機(jī)的頻率發(fā)生變化，可以通過將交流電先轉(zhuǎn)換成直流電再轉(zhuǎn)換成額定頻率交流電的連接方式。對(duì)于微型燃?xì)廨啓C(jī)同樣可以通過“交—直—交”的方式把高頻交流電轉(zhuǎn)換成額定頻率交流電與電網(wǎng)連接。

2 分布式電源的分類

分布式發(fā)電是指直接布置在配電網(wǎng)或分布在用戶附近，發(fā)電功率在數(shù)千瓦至50WM、與環(huán)境兼容的獨(dú)立電源。分布式發(fā)電主要包括微型燃?xì)廨啓C(jī)（Micro-turbines）、燃料電池（Fuel Cell）、太陽能光伏電池（Photovoltaic Cell）和風(fēng)力發(fā)電機(jī)（Wind Turbine）等。

2.1 微型燃?xì)廨啓C(jī)

微型燃?xì)廨啓C(jī)具有多臺(tái)集成擴(kuò)容、體積小、質(zhì)量輕、發(fā)電效率高、污染小、運(yùn)行維護(hù)簡單等技術(shù)特征，除了分布式發(fā)電外，還可用于備用電站、熱電聯(lián)產(chǎn)、尖峰負(fù)荷發(fā)電等，它是目前最成熟、最具有商業(yè)競爭力的分布式電源之一。

2.2 燃料電池

與常規(guī)發(fā)電方式相比燃料電池具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、能量轉(zhuǎn)化效率高，燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率可達(dá)80%-95%；2、發(fā)電效率高，可達(dá)50%-60%；3、適應(yīng)負(fù)荷變化能力極強(qiáng)，當(dāng)負(fù)荷變化在25%-100%范圍內(nèi)時(shí)，電池效率都不受影響。4、清潔無污染，沒有噪音污染；5、燃料電池能用于的燃料非常廣泛，如煤、石油、天然氣等；6、模塊化組裝方式，安裝、維護(hù)的方便；7、占地少、建設(shè)快。

2.3 太陽能光伏電池

目前應(yīng)用的太陽能光伏電池是一種半導(dǎo)體器件（如單晶硅、多晶硅），受到太陽光照時(shí)能產(chǎn)生光伏效應(yīng)，將太陽光能轉(zhuǎn)變成直流電能。在使用時(shí)將太陽能光伏電池封裝成組件，然后根據(jù)需要將組件串并聯(lián)組成方陣。光伏電池的輸出功率受日照強(qiáng)度、電池結(jié)溫等因素的影響，不能調(diào)度。

2.4 風(fēng)能發(fā)電

風(fēng)力發(fā)電是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電技術(shù)。風(fēng)力發(fā)電通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，它不需要消耗燃料，是一種清潔型能源。風(fēng)機(jī)的輸出功率由風(fēng)場的風(fēng)速?zèng)Q定。

3 含有分布式電源的配電網(wǎng)潮流計(jì)算

分布式電源（DG）與傳統(tǒng)大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行后，大量電力電子設(shè)備和電容、電感的引入，將改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑥亩绊懗绷鞯姆植?，給電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來了不確定性。

國內(nèi)外學(xué)者研究了一些計(jì)及DG影響的潮流計(jì)算改進(jìn)方法。包含DG的配電網(wǎng)潮流計(jì)算與普通潮流計(jì)算的區(qū)別之一是DG的潮流計(jì)算模型與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組計(jì)算模型不一致。傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)在潮流計(jì)算中一般取為PQ節(jié)點(diǎn)、PV節(jié)點(diǎn)或平衡節(jié)點(diǎn)。而DG有特殊性，其節(jié)點(diǎn)能否取為這3種節(jié)點(diǎn)類型需要全面考慮。潮流計(jì)算中究竟如何選取DG的節(jié)點(diǎn)類型目前還沒有得到充分研究。

目前主要的改進(jìn)方法之一是對(duì)不同類型的DG分別建模，使DG能夠以比較通用的形式加入到配網(wǎng)潮流計(jì)算中去。國外有學(xué)者針對(duì)輻射狀配電系統(tǒng)，應(yīng)用前推回代法求解潮流，將系統(tǒng)中分布式發(fā)電模擬成PV節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用PV節(jié)點(diǎn)敏感性矩陣來消除電壓幅值的偏差。在我國，有相關(guān)學(xué)者對(duì)DG與電網(wǎng)互聯(lián)的3種常見接口形式進(jìn)行了介紹，對(duì)異步發(fā)電機(jī)、無勵(lì)磁調(diào)節(jié)能力的同步發(fā)電機(jī)和燃料電池等幾種典型DG的運(yùn)行方式和控制特性進(jìn)行研究，建立了各自在潮流計(jì)算中所需的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上提出了基于靈敏度補(bǔ)償?shù)呐潆娋W(wǎng)潮流計(jì)算方法。

近年來，對(duì)分布式發(fā)電潮流計(jì)算的研究進(jìn)一步深化和擴(kuò)展，提出了更適用于實(shí)際的分布式發(fā)電系統(tǒng)潮流計(jì)算的方法，同時(shí)還出現(xiàn)了一些創(chuàng)新性很強(qiáng)的方法值得進(jìn)一步的拓展。為了解決實(shí)時(shí)性潮流計(jì)算問題，Dariush等人提出了一種初等配電系統(tǒng)三相潮流計(jì)算的實(shí)時(shí)解析法。該方法是基于補(bǔ)償法的弱環(huán)網(wǎng)潮流計(jì)算法的直接擴(kuò)展，加重了對(duì)分布式發(fā)電的控制。其中補(bǔ)償法的理念能夠較成功地減少PV節(jié)點(diǎn)的電壓幅值誤差，從而使這種方法能夠較好地適應(yīng)部分含有分布式發(fā)電的初等配電系統(tǒng)。另外，王成山、鄭海峰等人提出了適用于風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等隨機(jī)發(fā)電模型的隨機(jī)潮流計(jì)算方法，它運(yùn)用了概率統(tǒng)計(jì)方法處理系統(tǒng)運(yùn)行中的隨機(jī)變化因素，給出系統(tǒng)運(yùn)行電壓、支路潮流等概率分布情況，可以更深刻地揭示系統(tǒng)運(yùn)行狀況，為系統(tǒng)安全運(yùn)行決策提供更完整的信息。

隨機(jī)潮流考慮的隨機(jī)因素包括負(fù)荷的不確定性、發(fā)電機(jī)的強(qiáng)迫停運(yùn)和隨機(jī)出力。隨機(jī)潮流的解析法在隨機(jī)潮流計(jì)算模型中將交流潮流方程線性化，并認(rèn)為節(jié)點(diǎn)注入功率的變化是獨(dú)立的，將系統(tǒng)狀態(tài)變量視為各獨(dú)立諸如功率變量的線性和，權(quán)重系數(shù)為靈敏度系數(shù)；并采用卷積運(yùn)算和級(jí)數(shù)展開等方法獲得狀態(tài)變量的分布。