分布式電源接入對配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的影響分析

摘 要：在配電網(wǎng)絡(luò)自愈控制研究中，分布式電源接入對于配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的影響也非常重要。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)正常運行時，分布式電源接入方法可以提高配電網(wǎng)絡(luò)進行重構(gòu)的可行解數(shù)量，降低網(wǎng)絡(luò)進行重構(gòu)的損耗，使配電網(wǎng)絡(luò)的運行系統(tǒng)更加優(yōu)化。另外，如果配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，分布式電源能夠產(chǎn)生可行解，從而保證系統(tǒng)正常供電。

關(guān)鍵詞：分布式電源接入；配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)可行解

城市化進程的不斷推進，我國政府開始了大規(guī)模的城市電網(wǎng)改造，因此配電網(wǎng)絡(luò)的自動化和信息化均有了明顯的提升。隨著智能配電網(wǎng)這一概念的提出，使配電網(wǎng)絡(luò)在自愈控制區(qū)域出現(xiàn)故障時，可以快速切除故障，并能夠迅速地確定故障類型以及發(fā)生故障的準(zhǔn)確位置，從而減少由于故障而導(dǎo)致的停電范圍。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是電網(wǎng)自愈系統(tǒng)中的核心技術(shù)，分布式電源接入方法促使網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)不斷地得到優(yōu)化，同時還可以使整個系統(tǒng)在運行時得到優(yōu)化。文章就從配電網(wǎng)絡(luò)在正常運行以及發(fā)生故障的兩種狀態(tài)下，分別分析分布式電源接入對于配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的影響。

1 配電系統(tǒng)仿真程序

仿真程序OpenDSS，是應(yīng)用于配電系統(tǒng)的開源性仿真軟件，它包含諸如電壓調(diào)節(jié)器、光伏、風(fēng)機、電容器等元件模型，能夠?qū)Ψ植际诫娫磁潆娋W(wǎng)路實施分析；OpenDSS的計算模式多樣化，其中有發(fā)電機動態(tài)模型Dynamics、直接法計算潮流Direct、迭代法潮流計算Snapshot、全年仿真Yearly以及全天仿真Daily等。

在仿真程序OpenDSS的計算過程中，微型計算機的負(fù)荷元件或者發(fā)電機元件的表示方法用補償電流和導(dǎo)納進行表示。其中補償電流主要表示的是其非線性部分，那么很顯然，導(dǎo)納則表示的是線性部分。

在這個電路系統(tǒng)中的導(dǎo)納矩陣是由每一個元件的導(dǎo)納矩陣聯(lián)合組成的，因此聯(lián)合兩個圖中的系統(tǒng)便可推斷出迭代法的計算方法：第一步：現(xiàn)將電路中的微型電腦（簡稱PC）所有元件去除，然后算出該系統(tǒng)狀態(tài)下導(dǎo)納矩陣的電壓迭代值；第二步：通過節(jié)點電壓、導(dǎo)納和功率推算出補償電流；第三步：把每一個元件的補償電流計算出來之后，形成一個補償電流矩陣，然后在使用導(dǎo)納矩陣將節(jié)點電壓計算出來，如果所計算出來的電壓和實際值誤差在可接受范圍之內(nèi)，那么此次求解過程便可結(jié)束，如果結(jié)果誤差太大，那么應(yīng)該再次進行計算。

2 配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)數(shù)字模型

2.1 目標(biāo)函數(shù)

配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的目標(biāo)函數(shù)主要負(fù)荷較為平衡的、最小的有功功率，主要是能夠提升配電系統(tǒng)的可靠性。

如果網(wǎng)絡(luò)在正常運行的情況下，那么其目標(biāo)函數(shù)便是有功功率最小的函數(shù)，其公式為：

（1）

上式中，該系統(tǒng)的支路總數(shù)用nL表示，rk表示的是系統(tǒng)支路中k的電阻值，Uk表示該支路在功率注入時的電壓幅值，單位為v，Pk表示有功功率，而Qk表示無功功率。

而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，網(wǎng)絡(luò)進行重構(gòu)的主要原因是找出可以滿足所有的約束條件的網(wǎng)絡(luò)可行解，即公式為：

g∈G（2）

上式中G表示拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且是所能夠滿足的其約束條件的結(jié)構(gòu)集合；g所表示的是網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障之后進行重構(gòu)時網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。

2.2 約束條件

配電網(wǎng)絡(luò)的約束條件包括三個，分別是：潮流約束、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束和運行約束：

（1）潮流約束，即公式計算方式為：

AP=D（3）

上式中P表示饋線潮流矢量；A表示節(jié)點和系統(tǒng)支路之間的相關(guān)聯(lián)的矩陣；D表示的系統(tǒng)載荷所需求的矢量值。

（2）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束，此約束方式應(yīng)該滿足無孤島和無環(huán)島的類似輻射形狀的結(jié)構(gòu)形態(tài)。

（3）運行約束，其公式如下：

（4）

上式中母線的最高電壓幅值以及最小的電壓幅值分別由Ui，max和Ui，min表示，其中支路l的復(fù)功率由Sl所表示，k支路的容量限制則由Sl，max所表示。

3 算例分析

3.1 網(wǎng)絡(luò)正常運行

若整個系統(tǒng)能夠正常運行，我們選擇5個負(fù)荷水平系數(shù)來反映負(fù)荷的整體性變化，分別是1.08、1.06、1.04、1.02和1.00，然后計算在每一個負(fù)荷水平下的含有10kw、20kw、30kw的DG容量以及不含有DG容量的網(wǎng)絡(luò)可行解數(shù)量。

若DG容量保持一致，如果提升負(fù)荷水平那么結(jié)果是網(wǎng)絡(luò)可行解的數(shù)量將會隨之減少；假如在負(fù)荷水平保持一致的情況下，如果增加DG容量，那么網(wǎng)絡(luò)可行解的數(shù)量便會隨之增加，由此看出網(wǎng)絡(luò)可行解會受到DG容量以及負(fù)荷水平的共同影響，只不過影響效果相反，因此只要增加DG容量那么網(wǎng)絡(luò)可行解數(shù)量增加，從而立刻大大緩解由于負(fù)荷水平的增加而對配電網(wǎng)絡(luò)所造成的危害和影響。

3.2 故障狀況

如果線路出現(xiàn)故障，系統(tǒng)為了消除故障應(yīng)該立刻斷離發(fā)生故障的線路，而此時的負(fù)荷水平應(yīng)該在1.00，然后根據(jù)接入的DG容量的不同從而計算出網(wǎng)絡(luò)可行解的具體數(shù)量值，詳見圖1。

圖1中，若網(wǎng)絡(luò)沒有DG容量，因此發(fā)生故障以后沒有滿足條件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是DG容量逐漸提高，可行解的數(shù)量會增多，立刻改善系統(tǒng)的運行狀況，從而保證系統(tǒng)的供電正常。所以當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，接入DG容量對于網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)有著積極的作用，同時也為配電網(wǎng)絡(luò)在出現(xiàn)故障時能夠正常進行供電提供保證。

圖1 故障情況下DG對網(wǎng)絡(luò)可行解數(shù)量的影響

4 結(jié)束語

分布式電源的接入可以提高配電網(wǎng)絡(luò)進行重構(gòu)的可行解數(shù)量，降低網(wǎng)絡(luò)進行重構(gòu)的損耗，使配電網(wǎng)絡(luò)的運行系統(tǒng)更加優(yōu)化。配電網(wǎng)絡(luò)在出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時，如果系統(tǒng)中沒有可以滿足約束條件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，那么只要接入DG容量那么就能夠產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)可行解，從而保證了系統(tǒng)正常運行和供電正常，提高用戶用電的可靠性。

參考文獻

[1]王成山，聶聳，徐瑞林，等.分布式電源接入對配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)影響分析[J].天津大學(xué)學(xué)報，2014（3）.

[2]莊園，賀海，楊曉慧，等.含分布式電源優(yōu)化調(diào)度的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)[J].電網(wǎng)與清潔能源，2012（11）.

[3]孫洪碩，胡延林.含分布式電源的配網(wǎng)重構(gòu)改進算法[J].華電技術(shù)，2013（12）.

作者簡介：唐力（1986，9-），江蘇無錫人，本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向：電氣工程自動化及輸配電。