計(jì)及分布式電源轉(zhuǎn)供能力的配電網(wǎng)供電能力計(jì)算

張李明，齊先軍

(合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,安徽合肥　230009)

?

計(jì)及分布式電源轉(zhuǎn)供能力的配電網(wǎng)供電能力計(jì)算

張李明，齊先軍

(合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,安徽合肥230009)

0　引　言

近年來(lái)，隨著智能配電網(wǎng)研究和建設(shè)的不斷深入，供電能力正逐漸成為配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)領(lǐng)域的一個(gè)新指標(biāo)[1-2]。目前文獻(xiàn)中所述的供電能力一般指配電網(wǎng)最大供電能力(total supply capability, TSC)。TSC是指一定供電區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)滿(mǎn)足N-1準(zhǔn)則條件下，同時(shí)計(jì)及變電站主變與配電網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)供能力以及實(shí)際運(yùn)行約束情況下的最大負(fù)荷供應(yīng)能力[3-4]，而分布式電源(distributed generation, DG)轉(zhuǎn)供能力就是影響網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)供能力因素之一。

目前，對(duì)于配電網(wǎng)供電能力的研究已有一定的成果，文獻(xiàn)[5-7]闡述了配電網(wǎng)最大供電能力的定義、指標(biāo)等相關(guān)概念，提出最大供電能力計(jì)算模型和負(fù)荷均衡模型，并考慮實(shí)際聯(lián)絡(luò)容量限制對(duì)模型加以改進(jìn)。文獻(xiàn)[8]詳細(xì)介紹了配電網(wǎng)供電能力的理論知識(shí)結(jié)構(gòu)和評(píng)價(jià)體系，分析了站內(nèi)主變運(yùn)行方式、中壓網(wǎng)絡(luò)接線(xiàn)模式等供電能力典型問(wèn)題。但對(duì)于含DG配電網(wǎng)的供電能力研究仍較少。例如，在DG接入的配電系統(tǒng)，尚未建立供電能力的評(píng)價(jià)體系，在實(shí)際運(yùn)行控制中往往也采取較為“保守”的技術(shù)控制措施。另文獻(xiàn)[5-8]的模型結(jié)構(gòu)中并沒(méi)有考慮DG的接入問(wèn)題，而文獻(xiàn)[9]雖計(jì)及了DG對(duì)供電能力影響，但其考慮的僅為接入負(fù)荷點(diǎn)附近的較小容量DG，對(duì)于通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)模式接入變電站低壓母線(xiàn)側(cè)的大容量DG仍未研究。一般來(lái)說(shuō)，DG越接近系統(tǒng)母線(xiàn)，對(duì)系統(tǒng)的影響就會(huì)越小，而隨著DG裝機(jī)容量的增大，為避免對(duì)用戶(hù)電能質(zhì)量的影響，DG適宜接入變電站母線(xiàn)上，且現(xiàn)在國(guó)內(nèi)許多熱電聯(lián)產(chǎn)和小水電等DG也已接入變電站低壓母線(xiàn)，提供了相關(guān)技術(shù)和規(guī)程，因此未來(lái)DG接入變電站低壓母線(xiàn)是趨勢(shì)所在，供電能力計(jì)算模型中須考慮此部分DG的轉(zhuǎn)供能力。

為分析計(jì)及大容量DG轉(zhuǎn)供能力的TSC問(wèn)題，本文基于現(xiàn)有配電網(wǎng)供電能力的研究成果，首先根據(jù)DG特性建立DG出力計(jì)算模型和計(jì)及DG轉(zhuǎn)供能力的TSC分析模型；然后引入基于配電系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)特征的解析化方法對(duì)模型中最優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，并提出基于饋線(xiàn)聯(lián)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?jiǎn)化思想；最后通過(guò)區(qū)域配電網(wǎng)算例驗(yàn)證該模型和算法的正確性，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)，分析DG轉(zhuǎn)供能力對(duì)TSC影響。

1　基本概念

1.1DG并網(wǎng)方式選擇

DG并網(wǎng)方式的選擇與DG容量以及接入配電網(wǎng)的規(guī)模、電壓等級(jí)有關(guān)。一般需考慮以下2點(diǎn)原則[10]：

①并網(wǎng)點(diǎn)的確定原則為電源并入電網(wǎng)后能有效輸送電力并且能確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

②當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)處并入一個(gè)以上的電源時(shí)，應(yīng)總體考慮它們的影響。DG總?cè)萘吭瓌t上不宜超過(guò)上一級(jí)變壓器供電區(qū)域內(nèi)最大負(fù)荷的25%。文獻(xiàn)[11]中指出，一般情況下，DG容量在250kVA以?xún)?nèi)的接入380V/400V低壓配電網(wǎng)；DG容量在1～8MVA左右的接入10kV等級(jí)中壓配電網(wǎng)；DG容量更大的則接入更高等級(jí)的配電網(wǎng)。因此，在DG容量選擇時(shí)還需考慮接入容量限制。

DG具體接入方式是：對(duì)于小型的DG，為減少并網(wǎng)投資，就近并在配電線(xiàn)路上，如圖1(a)所示；大容量DG并網(wǎng)方案一般是通過(guò)聯(lián)絡(luò)專(zhuān)線(xiàn)接到附近變電站母線(xiàn)上，如圖1(b)所示。本文中考慮的并網(wǎng)方式屬于后者。

圖1　DG接入配電網(wǎng)的方式

1.2聯(lián)絡(luò)與轉(zhuǎn)供的基本概念

為了更好分析和說(shuō)明本文供電能力分析計(jì)算的思路，特別對(duì)聯(lián)絡(luò)的區(qū)分、負(fù)荷轉(zhuǎn)供方式、研究的邊界條件等給出界定性說(shuō)明。

①聯(lián)絡(luò)：本文中以聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)作為是否聯(lián)絡(luò)區(qū)分點(diǎn)，各主變間以專(zhuān)線(xiàn)或者饋線(xiàn)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，具體的聯(lián)絡(luò)線(xiàn)回?cái)?shù)根據(jù)聯(lián)絡(luò)主變間聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)給出。

a.專(zhuān)線(xiàn)聯(lián)絡(luò)：各主變間以不帶負(fù)荷的專(zhuān)線(xiàn)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)的方式。

b.饋線(xiàn)聯(lián)絡(luò)：各主變間進(jìn)行聯(lián)絡(luò)的饋線(xiàn)帶有負(fù)荷的聯(lián)絡(luò)方式，有手拉手、多分段多聯(lián)絡(luò)等接線(xiàn)方式。

②轉(zhuǎn)供方式：本文中無(wú)特殊說(shuō)明情況下，只考慮站內(nèi)和站間一次轉(zhuǎn)供，不考慮多次轉(zhuǎn)供。

③邊界條件[9]：假定研究對(duì)象為單級(jí)別同電壓等級(jí)的配電網(wǎng)，不計(jì)及級(jí)聯(lián)關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)整體供電能力，在發(fā)生N-1故障時(shí)，不需輸電網(wǎng)架參與負(fù)荷轉(zhuǎn)供。

2　DG模型

2.1DG隨機(jī)模型

2.1.1光伏系統(tǒng)隨機(jī)模型

在給定光照強(qiáng)度情況下，光伏總的輸出功率可用式(1)表示

(1)

式中：PPV表示光伏(photovoltaic, PV)系統(tǒng)出力(W);r為光照強(qiáng)度(W·m-2);A為光伏系統(tǒng)的總面積(m2);η為光伏系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在一段時(shí)間內(nèi)太陽(yáng)光照強(qiáng)度可以近似看成Beta分布[12-14]，可根據(jù)光照強(qiáng)度與光伏有功出力的函數(shù)關(guān)系，推導(dǎo)得到光伏系統(tǒng)有功出力的概率密度函數(shù)[14]為

(2)

式中：PPVmax=Aηrmax為光伏發(fā)電的最大輸出功率;rmax為最大光照強(qiáng)度;α、β為分布參數(shù)；Γ為Gamma函數(shù)。

將光伏系統(tǒng)看成是注入功率的PQ節(jié)點(diǎn)，則無(wú)功功率通過(guò)接入點(diǎn)恒定的配電網(wǎng)功率因數(shù)cosφPV得到，即

(3)

2.1.2風(fēng)電系統(tǒng)隨機(jī)模型

風(fēng)電系統(tǒng)模型的建立離不開(kāi)對(duì)風(fēng)速的統(tǒng)計(jì)，而反映風(fēng)速統(tǒng)計(jì)特性的一個(gè)重要形式是風(fēng)速的頻率分布[14]。普遍認(rèn)為雙參數(shù)威布爾分布適用于風(fēng)速統(tǒng)計(jì)的描述，因?yàn)槠湫问胶?jiǎn)單且與實(shí)際風(fēng)速分布能較好擬合。

設(shè)某風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速序列(v1,v2,…,vN)服從雙參數(shù)Weibull分布，推導(dǎo)得雙參數(shù)Weibull分布的概率密度函數(shù)為

(4)

式中：v是給定風(fēng)速(m·s-1)；k為形狀參數(shù)；c為尺度參數(shù)。運(yùn)用逆變換法可以生成Weibull分布的隨機(jī)數(shù)。

通常根據(jù)風(fēng)機(jī)制造商提供的功率特性曲線(xiàn)或者利用公式(5)可推算出對(duì)應(yīng)風(fēng)速下的風(fēng)機(jī)出力。

(5)

式中：Pw為風(fēng)機(jī)實(shí)際出力(kW)；Pr為風(fēng)機(jī)額定功率(kW)；vr為風(fēng)機(jī)額定風(fēng)速；vci為風(fēng)機(jī)切入風(fēng)速；vco為風(fēng)機(jī)切出風(fēng)速；k1=Pr/(vr-vci)；k2=-k1vci。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在絕大部分時(shí)間內(nèi)，風(fēng)速維持在vci和vr之間，根據(jù)隨機(jī)變量的函數(shù)分布定理，風(fēng)力機(jī)功率Pw在vci

(6)

目前，對(duì)接入電網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組要求是其具備協(xié)調(diào)控制機(jī)組和無(wú)功補(bǔ)償裝置的能力，能夠保證無(wú)功功率有一定的調(diào)節(jié)容量，所以風(fēng)電系統(tǒng)能夠按恒功率因數(shù)cosφw運(yùn)行，其無(wú)功功率Qw可以表示為

(7)

2.2DG輸出功率處理

2.2.1可控型DG輸出功率處理

接入配電系統(tǒng)中的DG可分為輸出功率可控型和輸出功率不可控型，輸出功率可控型DG[8]主要包括柴油發(fā)電機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)以及配置儲(chǔ)能裝置的光伏、風(fēng)電等。輸出功率可控型DG一般可根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度安排其輸出容量，其計(jì)算容量可根據(jù)額定容量和容量因子[15]確定。DG的容量因子取決于DG所在的周?chē)h(huán)境、發(fā)電系統(tǒng)的自身特性和發(fā)電機(jī)容量。即在某一段時(shí)間T內(nèi)，額定功率為PN的分布式發(fā)電系統(tǒng)實(shí)際輸出功率為Pm(Pm≤PN)，則βCF=Pm/PN，范圍為[0,1]。在計(jì)算區(qū)域最大供電能力時(shí)，由于可控型DG?？紤]其出力穩(wěn)定，波動(dòng)性較小，因此該類(lèi)型DG容量計(jì)算可采用容量因子計(jì)算。

對(duì)于容量因子的求解，由于燃?xì)廨啓C(jī)和柴發(fā)電機(jī)的出力可根據(jù)電網(wǎng)要求進(jìn)行平滑調(diào)整，在計(jì)算接入容量時(shí)一般考慮其滿(mǎn)發(fā)狀態(tài)，容量因子取為1。

如果對(duì)象是光伏和風(fēng)電等配置儲(chǔ)能系統(tǒng)的間歇性DG，如果已知DG的參數(shù)和所處周?chē)h(huán)境特征，則可求DG輸出功率的概率密度函數(shù)f(P)，DG輸出功率的平均值等于其數(shù)學(xué)期望，其容量因子為

(8)

若各類(lèi)型DG按恒功率因數(shù)運(yùn)行，則可控型DG注入電網(wǎng)的功率為

(9)

式中：Pi、Di、PNi分別為第i個(gè)DG的實(shí)際輸出有功功率、實(shí)際視在功率、額定有功容量，cosφ為并網(wǎng)點(diǎn)要求的功率因數(shù)。

2.2.2不可控型DG輸出功率處理

一般將未配置儲(chǔ)能裝置的風(fēng)機(jī)、光伏等間歇性DG視為輸出功率不可控型DG，常作為非備用電源，即發(fā)即用，最大程度利用不可控型DG發(fā)電并網(wǎng)。對(duì)于輸出功率不可控型DG，其出力一般隨所處環(huán)境的波動(dòng)性變化較大，因此計(jì)算該類(lèi)型DG接入的配電網(wǎng)供電能力時(shí)要考慮其隨機(jī)性影響。本文采用結(jié)合拉丁超立方抽樣的蒙特卡羅法[16](LHS-MCS)模擬各DG出力來(lái)表示DG計(jì)算容量。模型處理步驟如下：

① 利用原始數(shù)據(jù)計(jì)算各類(lèi)型DG的概率分布函數(shù)F(pk)；

② 選定抽樣規(guī)模為N(次)，采用LHS-MCS模擬N次各DG的實(shí)際出力，即Pki(i=1,2,…,N)，計(jì)算容量Dki則通過(guò)恒功率因數(shù)得到；

③ 將抽樣得到的各DG計(jì)算容量代入配電網(wǎng)供電能力模型中進(jìn)行計(jì)算，對(duì)結(jié)果樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到TSC的分布特征。

本文中“TSC的分布”特征包含“TSC大小分布”和“TSC概率分布”兩個(gè)方面。TSC大小分布是指在某個(gè)范圍(如模擬的時(shí)間段、模擬次數(shù)等)內(nèi)TSC大小的變化規(guī)律；TSC概率分布是表述TSC作為隨機(jī)變量時(shí)取值的概率規(guī)律。

對(duì)于接入輸出功率不可控型DG的配電系統(tǒng)，負(fù)荷接入時(shí)需考慮負(fù)荷特性與TSC分布特征相匹配，即負(fù)荷與TSC的分布具有統(tǒng)一性。

3　計(jì)及DG轉(zhuǎn)供能力的TSC分析模型及求解方法

3.1計(jì)及DG轉(zhuǎn)供能力的TSC分析模型

大容量DG并網(wǎng)接入變電站低壓母線(xiàn)上(聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)常閉)，當(dāng)各主變正常運(yùn)行時(shí)，DG將電能傳輸?shù)皆撃妇€(xiàn)所帶負(fù)荷；當(dāng)主變發(fā)生N-1故障時(shí)，故障主變所帶的負(fù)荷一部分可仍由DG供電，余下部分則通過(guò)站內(nèi)、站間的互聯(lián)主變進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)帶。由于DG容量相對(duì)于主變較小，若DG發(fā)生N-1故障，切除DG后，主變負(fù)荷仍能持續(xù)供電，DG對(duì)主變具有補(bǔ)充和輔助備用功能。本文基于主變聯(lián)絡(luò)單元建立計(jì)及變電站低壓母線(xiàn)上DG轉(zhuǎn)供能力的供電能力分析模型，如式(10)～(14)所示。

目標(biāo)函數(shù)：

(10)

式中：TSC為區(qū)域最大供電能力；Ri、Ti分別為主變i的額定容量(MVA)和負(fù)載率；NT為研究區(qū)域的主變臺(tái)數(shù)。

約束條件：

① 轉(zhuǎn)供平衡約束：

(11)

式(11)含義為當(dāng)主變i發(fā)生N-1故障時(shí)，故障主變所帶負(fù)荷一部分由編號(hào)i的DG進(jìn)行供電，余下部分則通過(guò)站內(nèi)、站間互聯(lián)主變進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)帶，優(yōu)先進(jìn)行站內(nèi)負(fù)荷轉(zhuǎn)移。

②站內(nèi)主變轉(zhuǎn)供容量約束：

(12)

式中：k為主變短時(shí)允許過(guò)載系數(shù)。由于導(dǎo)則只規(guī)定了站內(nèi)主變互相轉(zhuǎn)帶時(shí)短時(shí)允許過(guò)載，因此在站間轉(zhuǎn)帶時(shí)不考慮主變過(guò)載，本文中K取1.3。

③ 站間主變轉(zhuǎn)供容量約束：

(13)

④ 聯(lián)絡(luò)通道容量約束：

(14)

式中：cij為主變i與主變j間極限聯(lián)絡(luò)容量。

式(10)～(14)所述的模型是一個(gè)典型的多變量多約束的線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題，利用傳統(tǒng)最優(yōu)化算法將變得復(fù)雜，需結(jié)合具體實(shí)際工程要求尋找簡(jiǎn)便求解方法。鑒于最大供電能力是一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，所求出的解必須滿(mǎn)足實(shí)際工程需要，所以采用文[17]提出的基于約束分塊的解析方法，文[9]詳細(xì)敘述了此方法，本文不再贅述。

3.2TSC求解一般步驟

文[1]中給出了基于主變互聯(lián)和計(jì)及N-1準(zhǔn)則的配電網(wǎng)供電能力計(jì)算一般步驟，大致流程如圖2所示，其中聯(lián)絡(luò)單元最大負(fù)載率分析和主變最大允許負(fù)載率分析為其關(guān)鍵步驟。

圖2　基于主變互聯(lián)的供電能力分析步驟

由于現(xiàn)有文獻(xiàn)中供電能力計(jì)算均未考慮DG轉(zhuǎn)供能力問(wèn)題，因此針對(duì)傳統(tǒng)TSC模型的求解需要進(jìn)行以下改進(jìn)。

3.3TSC的改進(jìn)求解方法

3.3.1基于饋線(xiàn)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?jiǎn)化

由于配電網(wǎng)規(guī)模較大、接線(xiàn)模式復(fù)雜，在分析聯(lián)絡(luò)信息時(shí)容易混亂，這就需要對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?jiǎn)化，對(duì)其中某些分支進(jìn)行拓?fù)涫湛s處理。

傳統(tǒng)的基于主變N-1分析模型在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?jiǎn)化時(shí)僅展示主變間聯(lián)絡(luò)通道組，只能綜合分析主變間的聯(lián)絡(luò)關(guān)系，不能反映饋線(xiàn)間的聯(lián)絡(luò)信息，因此對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行拓?fù)浜?jiǎn)化過(guò)程中須要考慮實(shí)際的饋線(xiàn)互聯(lián)。本文提出基于饋線(xiàn)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?jiǎn)化方法，思路如下：

① 保留研究區(qū)域內(nèi)所有變電站互聯(lián)饋線(xiàn)，包括站內(nèi)互聯(lián)饋線(xiàn)和站間互聯(lián)饋線(xiàn)，并對(duì)每回饋線(xiàn)進(jìn)行編號(hào)，饋線(xiàn)編號(hào)順序按照主變編號(hào)順序依次進(jìn)行。

② 對(duì)各饋線(xiàn)的分支進(jìn)行拓?fù)涫湛s，饋線(xiàn)只反映主干線(xiàn)路。

③ 保留各饋線(xiàn)的接線(xiàn)模式特征(單輻射饋線(xiàn)除外)，包括手拉手、多分段多聯(lián)絡(luò)等接線(xiàn)方式，分段開(kāi)關(guān)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)均列出。

④ 專(zhuān)線(xiàn)聯(lián)絡(luò)和饋線(xiàn)聯(lián)絡(luò)可明顯區(qū)分，采用不同形式標(biāo)記(詳見(jiàn)圖3)。

3.3.2TSC計(jì)算方法中的改進(jìn)步驟

本文引入文獻(xiàn)[9]中基于配電系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)特征的解析化方法求解TSC最優(yōu)化模型，參照其所述方法建立主變聯(lián)絡(luò)關(guān)系矩陣Llink、聯(lián)絡(luò)容量約束矩陣Clink、分?jǐn)側(cè)萘烤仃嘡link等，具體推導(dǎo)過(guò)程見(jiàn)文[9]。對(duì)于含DG配電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)主變分?jǐn)側(cè)萘縿t要進(jìn)行以下修正：

(15)

4　算例分析

4.1算例結(jié)構(gòu)

如圖3所示[6]為2座35/10 kV(S1、S2)和1座110/10 kV(S3)變電站及其全部互聯(lián)饋線(xiàn)，研究區(qū)域變電站總?cè)萘繛?86MVA，各饋線(xiàn)容量為6.92MVA。圖中較為詳細(xì)地區(qū)分饋線(xiàn)間的關(guān)系，保留了接線(xiàn)模式特征，與傳統(tǒng)方法簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)單的聯(lián)絡(luò)通道組略有不同；各分段母線(xiàn)按主變編號(hào)順序進(jìn)行編號(hào)(I、II、III、IV、V、VI)；主變聯(lián)絡(luò)關(guān)系和饋線(xiàn)極限聯(lián)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)附錄。

圖3　算例結(jié)構(gòu)圖

表1、表2給出了某光伏系統(tǒng)和風(fēng)電系統(tǒng)的詳細(xì)數(shù)據(jù)[18]，按式(8)計(jì)算光伏系統(tǒng)和風(fēng)電系統(tǒng)的容量因子分別為0.46，0.67。

表1　光伏系統(tǒng)數(shù)據(jù)

表2　風(fēng)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)

4.2TSC計(jì)算結(jié)果及分析

在主變互聯(lián)的配電系統(tǒng)中，當(dāng)某主變負(fù)載率增大的同時(shí)，其可接受負(fù)荷轉(zhuǎn)供的能力則相對(duì)于減弱，這對(duì)于最大供電能力的求解來(lái)說(shuō)就是選取最優(yōu)的主變最大允許負(fù)載率，使其與可接受負(fù)荷轉(zhuǎn)供的能力大小相協(xié)調(diào)。

① 若接入可控型DG。設(shè)置3組燃?xì)廨啓C(jī)作為對(duì)照組，容量分別為1MW、3MW、5MW(按功率因數(shù)0.9將燃?xì)廨啓C(jī)出力折合成視在功率為1.11MVA、3.33MVA、5.56MVA)，分別接入各變電站低壓母線(xiàn)上。通過(guò)第3節(jié)中建立的模型和修正的計(jì)算方法，計(jì)算TSC的結(jié)果如表3所示。未接入DG時(shí)，TSC為220.5MVA。

表3　TSC計(jì)算結(jié)果

圖5　一年8 760h的TSC值分布圖

從表3中可以看出，在變電站低壓母線(xiàn)上接入DG可以提升區(qū)域最大供電能力，但DG接入位置和容量的差異，使得DG的轉(zhuǎn)供能力和區(qū)域最大供電能力也不相同。對(duì)比各次計(jì)算結(jié)果，DG在接入III、V、VI位置時(shí)，其TSC提升較明顯，且TSC增量大于DG的接入容量，這表明接入DG后不僅增加了DG自身那部分的負(fù)荷供應(yīng)能力，而且提升了主變負(fù)荷供應(yīng)能力，其主要作用機(jī)理是聯(lián)絡(luò)數(shù)目較多且聯(lián)絡(luò)容量較大的聯(lián)絡(luò)單元在發(fā)生主變N-1故障時(shí)，其負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力較大，而DG接入更增加了主變N-1故障后的轉(zhuǎn)供能力，使配電系統(tǒng)應(yīng)對(duì)N-1故障能力增強(qiáng)。

② 若接入不可控型DG。以一組考慮隨機(jī)性的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)為例說(shuō)明，風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)10臺(tái)，風(fēng)機(jī)參數(shù)見(jiàn)表2，分別接入母線(xiàn)I、II、III、IV、V、VI位置，模擬一年8 760h的TSC變化趨勢(shì)。模擬的8 760h風(fēng)速數(shù)據(jù)如圖4所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，圖5、圖6分別呈現(xiàn)了一年8 760h的TSC變化和TSC概率分布。

圖4　一年8 760h的風(fēng)速數(shù)據(jù)

圖6　TSC概率分布圖

從圖4～圖6中可以看出，當(dāng)配電系統(tǒng)中接入不可控型的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)時(shí)，TSC的分布隨風(fēng)機(jī)出力波動(dòng)而變化，分布趨勢(shì)與風(fēng)機(jī)出力波動(dòng)趨勢(shì)大致相同，這表明不可控型DG接入將動(dòng)態(tài)影響系統(tǒng)TSC分布。另外，風(fēng)機(jī)接入位置對(duì)TSC影響與可控型DG相同，主要仍是由轉(zhuǎn)供的聯(lián)絡(luò)線(xiàn)路決定。不可控型的光伏系統(tǒng)接入與風(fēng)電類(lèi)似，此處不再分析。

5　結(jié)　語(yǔ)

本文建立了計(jì)及DG轉(zhuǎn)供能力的配電網(wǎng)供電能力計(jì)算模型，考慮了接入的DG類(lèi)型對(duì)TSC的影響，提出了基于饋線(xiàn)聯(lián)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?jiǎn)化思想，得出以下結(jié)論：

① DG接入提升了區(qū)域最大供電能力，加強(qiáng)了配電系統(tǒng)應(yīng)對(duì)N-1故障的能力。

② 聯(lián)絡(luò)方式和容量影響DG接入效果，DG應(yīng)接入聯(lián)絡(luò)數(shù)目較多、聯(lián)絡(luò)容量較大的聯(lián)絡(luò)單元中。

③ DG接入類(lèi)型影響系統(tǒng)TSC的分布，DG接入可使系統(tǒng)TSC穩(wěn)定提升，而不可控型DG使得TSC呈現(xiàn)與其本身類(lèi)似的波動(dòng)性分布特征，因此含不可控型DG的配電系統(tǒng)在接入負(fù)荷時(shí)須考慮負(fù)荷分布特性與TSC波動(dòng)性相統(tǒng)一原則。

文中未分析DG分散配置與集中配置對(duì)TSC的影響問(wèn)題，有待于進(jìn)一步研究。

[1]王成山, 羅鳳章, 肖峻, 等. 基于主變互聯(lián)關(guān)系的配電系統(tǒng)供電能力計(jì)算方法[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2009, 29(13):86-91.

[2]肖峻, 郭曉丹, 王成山, 等. 基于供電能力的配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)有效性評(píng)價(jià)與化簡(jiǎn)方法[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2012,36(8):31-37.

[3]郭曉丹. 配電網(wǎng)最大供電能力的性質(zhì)與影響因素[D]. 天津:天津大學(xué), 2012.

[4]肖峻, 張婷, 張躍, 王成山. 基于最大供電能力的配電網(wǎng)規(guī)劃理念與方法[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2013, 33(10):106-113.

[5]谷文卓. 配電網(wǎng)最大供電能力的定義、模型與計(jì)算方法[D]. 天津: 天津大學(xué), 2012.

[6]肖峻, 谷文卓, 郭曉丹, 等. 配電系統(tǒng)供電能力模型[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2011, 35(24):47-52.

[7]葛少云,韓俊,劉洪,等. 計(jì)及主變過(guò)載和聯(lián)絡(luò)容量約束的配電系統(tǒng)供電能力計(jì)算方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2011, 31(25):97-104.

[8]李振生. 智能電網(wǎng)背景下含分布式電源配電網(wǎng)的最大供電能力研究[D]. 天津: 天津大學(xué), 2013.

[9]王成山, 羅鳳章. 配電系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)理論與方法[M]. 北京:科學(xué)出版社, 2012.

[10]國(guó)家電網(wǎng)公司.分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定(Q/GDW 480-2010)[S]. 北京: 國(guó)家電網(wǎng)公司, 2010.

[11]秦立軍,馬其燕. 智能配電網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù)[M]. 北京:中國(guó)電力出版社, 2010.

[12]王成山, 鄭海峰, 謝瑩華, 等. 計(jì)及分布式發(fā)電的配電系統(tǒng)隨機(jī)潮流計(jì)算[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2005, 29(24):39-44.

[13]LI Wang, LIN Yinghao. Random fluctuations on dynamic stability of a grid-connected photovoltaic array[C]//Proceedings of IEEE Power Engineering Society Winter Meeting: Vol 3, January 28-February 1, 2001, Columbus, OH, USA: 985-989.

[14]王敏. 分布式電源的概率建模及其對(duì)電力系統(tǒng)的影響[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué), 2010.

[15]李靜, 韋巍, 辛煥海. 基于概率潮流的風(fēng)電分布式電源優(yōu)化配置[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2014,38(14):70-76.

[16]鄧威.基于概率潮流的間歇性電源優(yōu)化配置研究[D].長(zhǎng)沙:湖南大學(xué), 2012.

[17]蔣宏鋒，羅太元.簡(jiǎn)單線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題的一種新算法[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2006, 22(3):90-95.

[18]張李明, 齊先軍. 考慮分布式電源隨機(jī)性的配電網(wǎng)最大供電能力[J]. 電力建設(shè), 2015, 36(11): 38-44.

(責(zé)任編輯：林海文)

附錄A

(1)聯(lián)絡(luò)關(guān)系矩陣

根據(jù)聯(lián)絡(luò)關(guān)系定義可知，當(dāng)兩主變間存在聯(lián)絡(luò)(包括饋線(xiàn)聯(lián)絡(luò)和專(zhuān)線(xiàn)聯(lián)絡(luò))即存在聯(lián)絡(luò)關(guān)系，令主變與其自身也存在聯(lián)絡(luò)。若主變i和主變j間存在聯(lián)絡(luò)關(guān)系，則Lij=1；否則，Lij=0。因此圖3中主變聯(lián)絡(luò)關(guān)系寫(xiě)成矩陣形式Llink為

(2)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)路極限容量

由于TSC是未知負(fù)荷時(shí)計(jì)算配電網(wǎng)的最大負(fù)荷，各饋線(xiàn)所帶負(fù)荷大小也不可知，因此需要給各饋線(xiàn)分配可行負(fù)荷方案，本文按照饋線(xiàn)最大平均負(fù)載率來(lái)分配負(fù)荷，這里按文[9]給出的線(xiàn)路最大負(fù)載率與接線(xiàn)方式的關(guān)系來(lái)計(jì)算各線(xiàn)路的負(fù)荷。

算例給出的各饋線(xiàn)極限容量為6.92MVA，因此各接線(xiàn)方式下的線(xiàn)路所帶負(fù)荷如表A1所示。

表A1　各接線(xiàn)方式下線(xiàn)路所帶負(fù)荷大小

Cl為饋線(xiàn)極限容量(假如各段饋線(xiàn)型號(hào)不一樣，則采用其中最小容量作為饋線(xiàn)極限容量)，對(duì)聯(lián)絡(luò)饋線(xiàn)的分支進(jìn)行拓?fù)涫湛s，并按下式計(jì)算極限聯(lián)絡(luò)容量：

(A1)

式中：Cmn為互聯(lián)饋線(xiàn)m、n間的極限聯(lián)絡(luò)容量；Fm、Fn分別表示饋線(xiàn)m、n所帶的負(fù)荷；Φ(i,j)表示主變i和主變j間的聯(lián)絡(luò)集合(含專(zhuān)線(xiàn)聯(lián)絡(luò)和饋線(xiàn)聯(lián)絡(luò))。

對(duì)于兩主變間以多條饋線(xiàn)(含專(zhuān)線(xiàn))相聯(lián)絡(luò)時(shí)，主變間的聯(lián)絡(luò)極限容量等于各聯(lián)絡(luò)饋線(xiàn)(包括專(zhuān)線(xiàn))之和。

(A2)

式中：cij表示主變i和主變j間的極限聯(lián)絡(luò)容量。

對(duì)于主變間以帶負(fù)荷的饋線(xiàn)聯(lián)絡(luò)時(shí)，其極限聯(lián)絡(luò)容量按式(A1)修正得到最終聯(lián)絡(luò)極限容量。一般來(lái)說(shuō)，站內(nèi)聯(lián)絡(luò)容量是足夠的，站內(nèi)聯(lián)絡(luò)容量考慮為主變?nèi)萘看笮　?/p>

例如，主變1和3間的聯(lián)絡(luò)饋線(xiàn)為饋線(xiàn)l3、l13，饋線(xiàn)l3接線(xiàn)方式為兩分段兩聯(lián)絡(luò)模式，饋線(xiàn)l13接線(xiàn)為單聯(lián)絡(luò)，所以主變1和主變3間的極限聯(lián)絡(luò)容量為

6.92-6.92×0.67=2.28MVA

(A3)

由此類(lèi)推，得到聯(lián)絡(luò)線(xiàn)路極限容量寫(xiě)成矩陣形式 Clink為

(A4)

The Calculation of Total Supply Capability for Distribution Network Considering Load Transfer Capability of Distributed Generation

ZHANG Liming, QI Xianjun

(School of Electrical Engineering and Automation, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

隨著分布式電源的廣泛接入，其對(duì)配電網(wǎng)供電能力的影響日趨重要，而目前配電網(wǎng)供電能力計(jì)算模型中尚未計(jì)及變電站低壓母線(xiàn)上分布式電源的轉(zhuǎn)供能力。為精確分析分布式電源轉(zhuǎn)供能力對(duì)配電網(wǎng)供電能力的影響，首先根據(jù)分布式電源特性建立計(jì)及分布式電源轉(zhuǎn)供能力的配電網(wǎng)最大供電能力計(jì)算模型；然后針對(duì)模型中遇到的最優(yōu)化求解問(wèn)題，引入基于配電系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)特征的解析化求解方法，提出基于饋線(xiàn)聯(lián)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?jiǎn)化思想；最后通過(guò)具體電網(wǎng)算例驗(yàn)證該模型和算法的正確性，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)分析，結(jié)果表明分布式電源接入可提升區(qū)域最大供電能力，加強(qiáng)配電系統(tǒng)應(yīng)對(duì)N-1故障的能力。

分布式電源；轉(zhuǎn)供能力；拓?fù)浜?jiǎn)化；配電網(wǎng)；供電能力

With the widely application of distributed generation(DG) and its increasing influence on power supply capability of distribution network, current calculation model of power supply capability for distribution network still does not consider the load transfer capability of DG that connected to low-voltage bus of substation. In order to analyze impacts of the load transfer capability of DG on total supply capability (TSC) for distribution network, the TSC analysis model for distribution network is proposed firstly by considering the load transfer capability of DG according to DG’s types and characteristics. To solve the optimization problems in the model, the analytical method based on interconnection characteristics of distribution system is applied. Then topology simplification thought is put forward based on interconnections among feeders. Finally, the correctness of the model and algorithm is verified, and the results are checked and analyzed through the numerical example of a concrete distribution network. Simulation results show that the DG connected to distribution network can promote the regional TSC and strengthen the distribution system capability to prevent theN-1 fault.

distributed generation; load transfer capability; topology simplification; distribution network; total supply capability

1007-2322(2016)05-0087-08

A

TM72

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51007017)

2015-09-18

張李明(1989-)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃與可靠性,E-mail：zhangliming20@163.com;

齊先軍(1977-)，男，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃與可靠性、概率統(tǒng)計(jì)方法和人工智能在電力系統(tǒng)的應(yīng)用等,E-mail：qxj_216@163.com。