分布式電源對配電網(wǎng)潮流計算的影響研究

摘 要：配電中接入的分布式電源的增多，潮流計算時，傳統(tǒng)的前推回代法無法滿足精度要求。對系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，分布式電源的出力和接入位置對配電網(wǎng)的網(wǎng)損有不同影響，闡述了分布式電源潮流計算模型，并引入了一種帶有PV節(jié)點無功修正的分布式電源配電網(wǎng)潮流計算方法。通過對IEEE14節(jié)點系統(tǒng)進行仿真驗證，證明了所提算法的有效性和收斂性。研究結(jié)果顯示：新提出的方案和技術(shù)能夠更加高效地解決帶有分布式電源的配電網(wǎng)潮流問題。

關(guān)鍵詞：分布式電源 前推回代 潮流計算 配電網(wǎng)

Research on the Impact of Distributed Power Sources on Power Load Flow Calculation in Distribution Networks

WU Xiaomeng WANG Zhongwen JIANG Jiahe WEN Siyu LIU Yi WANG Qinglong

School of Electronic Engineering， Xi'an Shiyou University， Xi'an， Shaanxi Province， 710065 China

Abstract： With the increase of distributed power supply in distribution， the traditional forward and backward sweep algorithm can not meet the accuracy requirements in power load flow calculation. It is found that the output and access location of distributed power sources have different effects on the network loss of distribution network. The power load flow calculation model of distributed generation is expounded， and a power load flow calculation method of distributed generation distribution network with PV node reactive power correction is introduced. The effectiveness and convergence of the proposed algorithm are proved by the simulation of IEEE14 node system. The research results show that the new proposed scheme and technology can solve the power flow problem of distribution network with distributed generation more efficiently.

Key Words： Distributed power; Forward and backward sweep algorithm; Power load flow calculation; Distribution network

由于化石能源的日漸枯竭，傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)受到影響，以風電、光伏為主的新能源技術(shù)的分布式發(fā)電（Distrributed Generation，DG）受到了更多的關(guān)注[1]。分布式電源具有節(jié)能、發(fā)電方式自由多變、屬于環(huán)境友好型等特點[2]。當分布式電源的引入時，配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)不僅會變化，其潮流計算也會更加復(fù)雜。

本文探討了分布式電源接入對電網(wǎng)損耗的影響，并通過模型證明在相對容量和超前與滯后功率條件下，配電網(wǎng)的網(wǎng)損效果存在差異。對通常的DG計算模型的同時，也對分布式電源不同類型的并網(wǎng)時，對傳統(tǒng)前推回代法處理效果不理想的狀況進行了探究，給出了一種對無功修正的含分布式電源改進PV節(jié)點的潮流計算步驟，最后在MATLAB R2013b環(huán)境下，在對算例的結(jié)果進行分析后，本文算法的有效性和收斂性得到驗證。

1 分布式電源對網(wǎng)絡(luò)損耗影響分析

分布式電源的接入使得系統(tǒng)中的潮流分布發(fā)生變化，系統(tǒng)網(wǎng)損也會受影響。每個支路的消耗是由其自身的特性所確定的，所以通過優(yōu)化這些特性的方式，可以有效地減少整體的網(wǎng)絡(luò)損耗，如減小導(dǎo)線電阻和路徑電流量等。而把DG加入配電網(wǎng)后，能使配電網(wǎng)中的各個分支的電流得到減輕，進而改觀整體網(wǎng)絡(luò)的損失狀況。

未接入DG時支路產(chǎn)生的損耗，接入DG后支路產(chǎn)生的損耗，通過對比兩種情況下的損耗，得出接入DG后的網(wǎng)損偏差（）。

當符號為正時，說明DG接入配電網(wǎng)后降低線路損耗，反之，則線路損耗增加。

2 分布式電源的潮流計算模型

通常，DG的種類會根據(jù)變換器的控制策略進行分類。在潮流計算過程中，結(jié)合各類文獻資料，并依據(jù)分布式電源的接口類型來將其劃分為以下幾個類別：

（1）P和Q恒定不變的PQ節(jié)點；（2）P和U恒定不變的P節(jié)點；（3）P和I恒定不變的PI節(jié)點；（4）P恒定不變、Q與電壓有關(guān)的PQ（V）節(jié)點。

依據(jù)以上各種類型的DG，采用前推回代法對其相應(yīng)的潮流計算模型進行研究。

2.1 PQ節(jié)點

此類負荷節(jié)點被視為負的，在前推回代潮流計算過程中無需進行特殊處理。一般情況下，將并網(wǎng)型風力發(fā)電機作為PQ節(jié)點進行處理，在實踐中使用異步電動機，計算公式如下：

式（1）中，Pi為分布式電源的有功功率，Qi為分布式電源的無功功率。

2.2 P、I恒定型分布式電源模型

DG的類型包括儲能系統(tǒng)和光伏發(fā)電，使用電流控制型逆變器進行并網(wǎng)運行，其輸出有功和電流保持恒定，計算方式如下所示。

式（2）中，Ps、Is分別PI型DG提供的有功、輸出電流。

輸出無功計算公式如下：

式（3）中，V（k）i為PI型負荷節(jié)點的節(jié)點電壓向量，Is為迭代的輸出電流。

2.3 PQ（V）恒定型分布式電源模型

異步發(fā)電機產(chǎn)生的是有功功率P，而節(jié)點電壓的幅值則是影響其無功的關(guān)鍵因素，所以我們可以將其定義為PQ（V）節(jié)點。

2.4 P、V恒定型分布式電源模型

同步電機的勵磁調(diào)節(jié)能力和光伏并網(wǎng)逆變器采用的電壓控制策略，可以確保穩(wěn)定的P、V，PV節(jié)點選擇。在起始階段，PV節(jié)點的無功功率按照下面公式設(shè)定，這樣它們就可以保持有功輸出不變，并且端口電壓保持恒定。

式（4）中：Qi max、Qi min為無功的上、下限。

接下來，在第k次迭代的初始計算階段，當計算節(jié)點i的無功功率時，PV節(jié)點注入的電流為：

系統(tǒng)節(jié)點電壓范圍決定該節(jié)點的無功功率；當系統(tǒng)PV節(jié)點電壓保持恒定時，其下游支路的電流、有功和無功功率將取決于節(jié)點的電壓。節(jié)點電壓的影響因素包括上游支路中各節(jié)點電壓和該節(jié)點的無功功率。潮流計算時，通過調(diào)整節(jié)點的無功功率以保持PV節(jié)點的電壓恒定，從而引入相關(guān)修正量

3 節(jié)點分層前推回代潮流算法在含分布式電源中的實現(xiàn)

由于輻射狀配電網(wǎng)運行結(jié)構(gòu)分支多，本文的配電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)采用節(jié)點分層算法來描述配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，并建立節(jié)點關(guān)聯(lián)矩陣[3]。一個完整的支路參數(shù)矩陣包括支路的起始點和終止點，以及它們之間的阻抗參數(shù)，由節(jié)點號和節(jié)點有功負荷、節(jié)點無功負荷組成：節(jié)點參數(shù)矩陣=[節(jié)點號 節(jié)點有功負荷 節(jié)點無功負荷]。

通過支路參數(shù)矩陣的計算，可以推導(dǎo)出該配網(wǎng)系統(tǒng)的節(jié)點關(guān)聯(lián)矩陣。定義兩個輔助矩陣：節(jié)點分層矩陣和型上層節(jié)點矩陣UN，其中，每列的元素表示此列對應(yīng)節(jié)點號的上層節(jié)點號。

配電網(wǎng)潮流計算步驟如下[4]。

（1）將網(wǎng)絡(luò)的初始參數(shù)導(dǎo)入，包括負荷參數(shù)以及各個支路參數(shù)等。

（2）參數(shù)初始化。初始化分布式電源并網(wǎng)參數(shù)、PV節(jié)點的無功初值。

（3）按照李如琦[3]所述方法對網(wǎng)絡(luò)進行節(jié)點分層。

（4）在第一次迭代時，首將起始節(jié)點的電壓設(shè)置為所有節(jié)點的電壓，并將所有支路的電流設(shè)為零，令k =1。

（5）根據(jù)UN矩陣，前推計算不同節(jié)點類型分布式電源的注入電流，并與負荷節(jié)點注入電流相疊加。

（6）回代計算各節(jié)點電壓。PQ、PI、PQ（V）節(jié)點可根據(jù)公式（7）計算得各節(jié)點電壓。

式（7）中， Ui、Uj分別指節(jié)點j和其上層節(jié)點i的電壓；Zij是以i、j為首末節(jié)點支路的阻抗。

（7）進行收斂判斷[5-8]。PV型DG節(jié)點處的電壓幅值應(yīng)符合，其中Upv為本次計算得到的第個PQ節(jié)點處的節(jié)點電壓；若滿足則輸出各節(jié)點電壓，迭代k次。否則轉(zhuǎn)步驟（5）進入下一次迭代，同時令。

（8）如果要檢查PV型DG節(jié)點是否超出了限制，我們可以使用公式（6）來校準注入的無功功率，然后繼續(xù)執(zhí)行步驟（5）。如果發(fā)現(xiàn)節(jié)點超出了限制，我們需要將它轉(zhuǎn)換成PQ節(jié)點，并繼續(xù)執(zhí)行步驟（5）。

4 結(jié)論

本文根據(jù)DG接口類型把DG分成4種節(jié)點類型，并根據(jù)各類型DG建立了數(shù)學模型，分析DG的出力、配電網(wǎng)網(wǎng)損和電壓受導(dǎo)入位置在搭建的簡易模型中的影響。結(jié)果表明，要使DG接入位置電壓改善得好，得選擇合理容量的DG。并對不同類型分布式電源并網(wǎng)時傳統(tǒng)前推回代法處理效果理想的狀況進行研究，并對傳統(tǒng)的前推回代法進行了改進。通過IEEE14節(jié)點算例證實本算法的有效性和收斂性。

4 參考文獻

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