含分布式電源的配電網(wǎng)潮流計算

牛維

【摘 ?要】在分布式電源系統(tǒng)當中它主要是和大電網(wǎng)的供電系統(tǒng)起到了一個相互協(xié)調和補充的作用，這主要是利用了現(xiàn)有的綜合設備以及資源，從而可以給用戶提供一個更為良好的電能可靠的應用方式。由于分布式電源通過了并網(wǎng)以后，這對于在各個地區(qū)的電網(wǎng)運行以及在其結構當中都發(fā)生很大的變化，有著一定的影響，因此，分布式的電源潮流計算就起到了一定的作用，也是作為評估的重要方式，作為優(yōu)化電網(wǎng)運行的重要理論基礎，通過我們長期的研究證明，其技術已經(jīng)較為成熟，利于長足的發(fā)展。

【關鍵詞】分布式電源;配電網(wǎng);潮流計算

分布式發(fā)電系統(tǒng)（Distribute Generation，DG）因具有靈活、高效、可靠等優(yōu)勢而發(fā)展迅速。在電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的情況下，大量DG的接入對配電網(wǎng)的穩(wěn)定性、網(wǎng)絡損耗及電壓分布造成了較大影響。因此，需要采用改進傳統(tǒng)潮流分析的方法來處理DG接入問題。

1 分布式潮流計算的重要性

在目前條件下，分布式電源的容量其大小均不同，一般在配電系統(tǒng)中，都有不同數(shù)量的分布式電源，所以，在分布式電源當中應用潮流計算是具有非常關鍵的作用。在一般情況下，在接入分布式的電源當中，由于它的配電網(wǎng)不同，所以在它的節(jié)點位置就會具有一定的電壓以及功率，也會受到不同程度的作用，從中我們可以看出，一旦要對這些分布式的配電系統(tǒng)進行分析量化處理時，必須要應用相關的潮流計算法。在現(xiàn)階段，一般應用潮流計算法時都沒有充分的考慮到分布式電源所造成的一定影響，因此，在應用時不能直接用該方法進行計算。如果在先前了解分布式電源的主要模型，再對其進行操作，就可以充分的了解到分布式電源它的具體節(jié)點可以怎樣轉化為普通節(jié)點，也就可以保證潮流計算的最終結果可靠性。

2 DG的潮流計算模型

2.1 DG節(jié)點類型處理

在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中，通常將根節(jié)點視為平衡節(jié)點，而其他中間節(jié)點視為PQ節(jié)點。DG不同于傳統(tǒng)發(fā)電機的運行方式和控制特性，在確定性潮流計算中歸結為PQ節(jié)點、PI節(jié)點、PV節(jié)點和PQ（V）節(jié)點。PI節(jié)點的無功功率由前次迭代得到的電壓、恒定的有功功率和電流計算后轉化為PQ節(jié)點，PV節(jié)點的無功功率通常用靈敏度矩陣修正[14-15]或以節(jié)點電壓偏差和節(jié)點電抗矩陣的關系修正[16-18]后轉化為PQ節(jié)點，PQ（V）節(jié)點的無功功率以異步發(fā)電機參數(shù)和機端電壓的關系計算后轉化為PQ節(jié)點。各種DG節(jié)點類型轉化的本質是在迭代過程中將各類節(jié)點轉換成前推回代法及其改進方法可以方便處理的PQ節(jié)點。

需要說明，PQ型DG與PQ節(jié)點相比，只是功率流向相反，在潮流計算時只需改變功率符號，將其視為負的負荷。PV型DG與PV節(jié)點類似，須有足夠的無功可調量用以維持給定電壓的幅值。若無功不足或無功注入源不再有備用，無法繼續(xù)提供電壓支撐，使得節(jié)點電壓不能維持在給定值，根據(jù)PVPQ節(jié)點轉換邏輯[19]，PV節(jié)點轉化為PQ節(jié)點。

2.2 改進控制策略下DG新的節(jié)點類型

隨著DG深入研究，在改進控制策略下，輸出電氣特性與傳統(tǒng)控制策略下有很大不同，在潮流計算中建立模型、確定節(jié)點類型時，四種常見的DG節(jié)點類型不再適用。文[20]采用直接控制策略，根據(jù)并網(wǎng)光伏發(fā)電功率模型得到其PQ運行區(qū)域圖，參照并網(wǎng)點電壓從運行表中選擇合理的運行點及對應的PWM幅值調制比ma和移相角a作用于并網(wǎng)逆變器，使得輸出有功、無功功率依賴于并網(wǎng)點節(jié)點電壓，可處理成有功和無功均受電壓控制的P（V）Q（V）的節(jié)點類型。文[21]給出了質子交換膜燃料電池并網(wǎng)運行時，逆變器采用電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)的同步PI控制策略，模型中增加了SPLL環(huán)節(jié)，使負荷發(fā)生階躍變化時，燃料電池并網(wǎng)系統(tǒng)輸出有功功率保持不變，輸出無功保持為零，因此不能處理成PV節(jié)點，可視為Q=0的PQ節(jié)點。

2.3 DG處理成有功恒定的依據(jù)

光伏發(fā)電系統(tǒng)有功輸出依賴于光照和溫度，風力發(fā)電機組有功輸出依賴于風速，具有隨機性和時變性，但在確定性潮流計算中可處理成有功恒定的節(jié)點類型，這是因為確定性潮流計算屬于點迭代法，求得的潮流解均為瞬時狀態(tài)，對光伏發(fā)電或風力發(fā)電建立數(shù)學模型時，應建立離散時間的確定性模型，在潮流計算時，認為可以預測或者給定光照強度或風速的精確值，進而計算有功的精確值，這種思想和負荷在潮流計算中簡化處理方法相似。根據(jù)負荷曲線可知，負荷也是隨時間變化的，加之負荷種類多，其工作狀態(tài)具有隨機性和時變性，如何建立準確適用的負荷模型仍未很好解決。在確定性潮流計算中，需對負荷模型進行簡化，采用綜合預測負荷或某一時刻的真實負荷建立恒功率靜態(tài)模型，處理成PQ節(jié)點。

燃料電池不受外界因素影響，通過理想假設簡化模型，通過半經(jīng)驗模型，導出逆變器輸出電壓關于相角的公式，可以認為通過氣體流量控制相角，進而控制有功輸出恒定，這與常規(guī)發(fā)電機通過調節(jié)氣門來實現(xiàn)有功調節(jié)類似。對微型燃氣輪機建模時，通常把微型燃氣輪機及電氣部分當作一個整體來建立穩(wěn)態(tài)模型，當負荷變化時微型燃氣輪機轉速雖然發(fā)生變化，但基本維持在額定轉速附近，保證輸出功率恒定。

3 算例結果及分析

IEEE33測試系統(tǒng)中總有功負荷為3715kW，總無功負荷為2300kvar，基準電壓和潮流收斂精度分別取10.5kV和10-5。本文基于改進前推回代法、PV型DG無功采用節(jié)點電壓偏差和節(jié)點電抗矩陣的關系修正，定量分析加入不同類型DG對配電網(wǎng)潮流的影響。

為保證整個配電網(wǎng)絡是嚴格吸收型的受端網(wǎng)絡，且需要盡量避免DG加入后產(chǎn)生逆向潮流，DG加入配電網(wǎng)時滲透率不易太高本文基于與節(jié)點編號無關的改進前推回代法定量分析了各種DG接入系統(tǒng)后潮流，仿真結果表明，DG接入類型、布局方式的改變不影響潮流算法的收斂性能，表明該方法可有效計算DG并網(wǎng)潮流。DG并網(wǎng)并不僅僅改善系統(tǒng)電壓，減少功率損耗，更重要的是可以減少首端注入功率，相當于減少了傳統(tǒng)發(fā)電廠發(fā)出電能，從數(shù)值上解釋了電能更多由清潔高效的DG提供，有效減少了發(fā)電廠排放污染氣體。通過多組方案的計算結果分析，也可以為分布式電源的選址、容量提供依據(jù)。

4 結論

總之，分布式電源通過了并網(wǎng)以后，這對于在各個地區(qū)的電網(wǎng)運行以及在其結構當中都發(fā)生很大的變化，有著一定的影響，因此，分布式的電源潮流計算就起到了一定的作用，也是作為評估的重要方式，理論基礎，通過研究證明，其技術已經(jīng)較為成熟，并且可以得到更為長遠的發(fā)展。

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（作者單位：國網(wǎng)太原供電公司）