含風(fēng)電機組的配電網(wǎng)的潮流計算研究

牟欣瑋

[摘 要]電網(wǎng)的潮流計算是電力系統(tǒng)中最基本同時又是最重要的一種分析工具，而配網(wǎng)的潮流計算是進行配電網(wǎng)分析的一個主要內(nèi)容。通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)以及運行方式求解出整個系統(tǒng)的潮流分布狀況，并進行越界檢查，全面掌握系統(tǒng)的運行情況。同時為定量分析系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計與運行等方面是否合理、經(jīng)濟等提供了強有力的評判標(biāo)準(zhǔn)。下面，本文就針對風(fēng)電機組配電網(wǎng)的潮流計算進行簡單分析，以供參考。

[關(guān)鍵詞]風(fēng)電機組；電網(wǎng)；潮流計算

中圖分類號：TM744 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0104-01

1 電力系統(tǒng)潮流計算

在電力系統(tǒng)的潮流計算中，已知每一個節(jié)點都有四個運行變量，即節(jié)點的電壓、相角以及節(jié)點的有功功率和無功功率，如果系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)為n，則包含4n個表征節(jié)點運行狀態(tài)的參數(shù)。對每個節(jié)點而言，通常都是事先給定這四個運行參數(shù)中的任意兩個參數(shù)的原始數(shù)據(jù)，且把另外的兩個參數(shù)作為待求量來進行計算。

在進行潮流計算時，根據(jù)系統(tǒng)中各節(jié)點給定變量的不同，將節(jié)點分為以下三種類型：

第一類是PQ節(jié)點。此類型節(jié)點的已知量是節(jié)點注入功率P和Q，待求量是電壓幅值U和相角。通常變電所母線都是PQ節(jié)點，已知輸出功率P和Q的發(fā)電機也看作這類節(jié)點。在進行潮流計算時，電力系統(tǒng)的絕大多數(shù)節(jié)點都是這一類型。

第二類是PV節(jié)點。此類型節(jié)點的已知量是節(jié)點注入功率P和節(jié)點電壓的幅值U，而未知參數(shù)是該節(jié)點無功功率Q及節(jié)點電壓的相位角。有一定無功儲備的發(fā)電廠母線以及具備一定無功電源的變電所母線都可作為此類節(jié)點。

最后一類是平衡節(jié)點。在進行潮流計算時，此類節(jié)點只設(shè)有一個。這類節(jié)點事先給定的運行節(jié)點電壓向量，待求參數(shù)是節(jié)點的有功功率和無功功率。該節(jié)點的電壓向量的相位角取為零度，并在潮流計算中以該點的電壓向量方向為參考軸。平衡整個系統(tǒng)的功率就由該節(jié)點承擔(dān)。關(guān)于該節(jié)點的選擇，通常選擇擔(dān)負調(diào)整系統(tǒng)頻率任務(wù)的某一發(fā)電廠（或發(fā)電機）。

在進行電力系統(tǒng)潮流計算時，平衡節(jié)點是必須設(shè)置且是唯一的；PV節(jié)點是少量的，甚至是可能沒有的；而PQ節(jié)點是大量的，系統(tǒng)中的絕大多數(shù)節(jié)點屬于這種類型[1]。

2 潮流計算算例

選用圖1所示的33節(jié)點輻射狀配電系統(tǒng)作為分析算例，該系統(tǒng)電壓基準(zhǔn)值取為12.66kV，視在功率基準(zhǔn)值為1000kVA。節(jié)點電壓上下限值分別為1.0pu和0.9pu。

600kW風(fēng)力機技術(shù)比較成熟，設(shè)計比較可靠，性能價格比較高，是一款很經(jīng)典的機型。在各風(fēng)電機組運行的風(fēng)力機當(dāng)中，600kW機組占了相當(dāng)大的比重。本文并入的三臺風(fēng)力發(fā)電機額定容量均選擇600kW。風(fēng)機一般安裝在配電網(wǎng)饋線末端或遠離系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性較薄弱的支路。因此，本文選取18、24、32節(jié)點并入風(fēng)機。在18節(jié)點并入一號風(fēng)力發(fā)電機、24節(jié)點并入二號風(fēng)力發(fā)電機、32節(jié)點并入三號風(fēng)力發(fā)電機。單臺風(fēng)力發(fā)電機組的參數(shù)如表1所示：

需要注意，在參與系統(tǒng)潮流計算時必須將風(fēng)力發(fā)電機的參數(shù)統(tǒng)一歸算到系統(tǒng)的基準(zhǔn)容量下。同時為了突出本文所研究的內(nèi)容，進行簡化計算，將忽略風(fēng)電機組的尾流效應(yīng)、集電線路和變壓器的損耗[2]。假定每臺風(fēng)機的有功出力均為額定值。設(shè)定收斂精度為107，則潮流計算經(jīng)過五次迭代后達到收斂。本文采用的VPQ模型迭代次數(shù)比較少、收斂性好、速度快。相比常規(guī)的PQ模型，有效的改善了風(fēng)電機組的潮流計算模型，更具有實用性。

為了全面分析風(fēng)電機組不同出力水平對配電網(wǎng)電壓幅值的影響，選取風(fēng)機的并網(wǎng)點18、32節(jié)點，距并網(wǎng)較近的12、29節(jié)點以及距并網(wǎng)較遠5、7節(jié)點，進行定量分析。針對風(fēng)電機組的不同出力水平進行潮流計算，根據(jù)潮流計算結(jié)果繪制出這些節(jié)點的電壓水平隨風(fēng)電機組出力變化曲線，如圖2所示。

從圖2中可以看出，雖然選取的這些節(jié)點位置不同，但其電壓幅值的變化趨勢是一致的，因此，選取的這些節(jié)點是具有代表性的。隨著風(fēng)速的加強，風(fēng)力發(fā)電機組的出力水平也隨之提升，風(fēng)電機組對配電網(wǎng)的節(jié)點電壓支撐能力也變強。配電網(wǎng)中各個節(jié)點的電壓幅值呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢。但每個節(jié)點電壓提高的幅度是不一樣的，18節(jié)點最高，32節(jié)點次之，5節(jié)點最低。18和32節(jié)點同是風(fēng)力發(fā)電機接入點，但32節(jié)點相比18節(jié)點電壓提高幅度低，這是因為32節(jié)點的負荷比較重。風(fēng)速是一種比較依賴氣象條件的特殊能源，具有動態(tài)和隨機性，因此風(fēng)能的預(yù)測存在一定的誤差是必然的。必須要考慮風(fēng)速不確定性和風(fēng)機出力不確定情況下的配電網(wǎng)潮流問題。根據(jù)某一時間段的風(fēng)速預(yù)測數(shù)據(jù)給出系統(tǒng)一個合理的運行區(qū)間，以此處理風(fēng)速的不確定性問題。此區(qū)間能夠確保在風(fēng)速預(yù)測誤差范圍內(nèi)系統(tǒng)運行的所有可能都被包括在內(nèi)，不會發(fā)生漏落現(xiàn)象，具有很好的實用性。

3 結(jié)語

現(xiàn)階段，電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲越來越復(fù)雜，欲滿足居民對電能質(zhì)量的高要求，研究其潮流問題是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。另外，在能源瀕臨枯竭與環(huán)保意識不斷增強的雙重作用下，推動著風(fēng)能、太陽能等新能源和可再生能源走向能源舞臺的最前端。它們的并網(wǎng)對配電網(wǎng)潮流提出了更高的要求。尤其是風(fēng)能作為一種特殊的能源較依賴于氣象條件，具有大容量、動態(tài)和隨機的特性，將大規(guī)模的風(fēng)電機組并入傳統(tǒng)配電網(wǎng)必定會帶來新的問題和挑戰(zhàn)。迫切需要對包含有風(fēng)電機組的配電網(wǎng)進行潮流計算，分析加入風(fēng)電機組后對電網(wǎng)節(jié)點電壓和線路功率造成的影響，并檢查電壓或功率是否出現(xiàn)越限。因此，進行對包含風(fēng)電機組的配電網(wǎng)潮流計算是一個基礎(chǔ)而關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

參考文獻

[1]武歷忠，徐誠.電力系統(tǒng)潮流計算[J].云南電力技術(shù)，2016，04：107-109.

[2]劉敏.電力系統(tǒng)潮流計算自動調(diào)整問題研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2015，09：13-15.