含分布式電源的配電網(wǎng)潮流計算-鄧天宇

1、LOGO含分布式電源的配電網(wǎng)潮流計算含分布式電源的配電網(wǎng)潮流計算n作者：陳海焱作者：陳海焱, ,陳金富陳金富, ,段獻忠段獻忠n單位：華中科技大學電氣與電子工程學院單位：華中科技大學電氣與電子工程學院n報刊：電力系統(tǒng)自動化報刊：電力系統(tǒng)自動化 什么是分布式電源？ 分布式電源(DG)一般分布在配電網(wǎng),其容量大多在幾十kW幾十MW之間。按發(fā)電能源是否可再生將其分為2類:一類稱為利用可再生能源的DG,主要包括太陽能光伏、風能、地熱能、海洋能等發(fā)電形式;另一類稱為利用不可再生能源的DG,主要包括內(nèi)燃機、熱電聯(lián)產(chǎn)、燃動機、微型燃氣輪機、燃料電池等發(fā)電形式。 分布式電源并網(wǎng)所帶來的新的問題： DG并人配電

2、網(wǎng)對配電系統(tǒng)的網(wǎng)損和電壓分布有重要影響,而潮流計算是對其影響進行量化分析的主要手段。由于目前的配電網(wǎng)潮流計算方法中沒有考慮各種形式的DG,因而隨著各種不同形式DG的并網(wǎng),配電網(wǎng)潮流計算難度增大,一些傳統(tǒng)計算方法將因不能考慮DG的影響而失效,為此必須研究能夠計及DG對配電網(wǎng)絡影響的潮流計算新方法。論文背景論文背景論文的結(jié)構(gòu)論文的結(jié)構(gòu)DGDG并網(wǎng)的接口并網(wǎng)的接口 DG與配電網(wǎng)互聯(lián)的接口一般有3種形式: 同步發(fā)電機、異步發(fā)電機、DC/AC或AC/AC變換器。 DG的典型容量范圍及其與電網(wǎng)的接口形式如下所示：發(fā)電形式典型容量范圍與電網(wǎng)的常見接口太陽能發(fā)電幾W幾百kWDC/AC變換器風能幾百W幾MW異步

3、發(fā)電機地熱能幾百kW幾MW同步發(fā)電機海洋能幾百kW幾MW四象限同步發(fā)電機微型汽輪機幾十kW幾MWAC/DC變換器燃料電池幾十kW幾十MW DC/AC變換器DGDG在潮流計算中的模型在潮流計算中的模型異步發(fā)電機接口模型 利用風能發(fā)電的DG一般采用異步發(fā)電機并網(wǎng)運行,其簡化等值電路如圖所示：xm為激磁電抗,x1為定子漏抗,x2為轉(zhuǎn)子漏抗,xc為機端并聯(lián)電容器電抗,R2為轉(zhuǎn)子電阻,s為轉(zhuǎn)差,定子電阻忽略。 由上圖可推出：DGDG在潮流計算中的模型在潮流計算中的模型 對風電場而言,輸出的有功功率P由風速決定,在潮流計算中可以認為是給定值,此時吸收的無功功率Q與機端電壓V、轉(zhuǎn)差s有關(guān),而V和s的關(guān)系由式

4、(1)決定,于是可推出異步風力發(fā)電機吸收的Q與V的函數(shù)關(guān)系式: 由此可知，異步發(fā)電機節(jié)電類型具備如下特點：發(fā)出的有功功率是確定值，而無功功率與機端電壓有關(guān)。其通用表達式為：u同步發(fā)電機接口模型 DGDG在潮流計算中的模型在潮流計算中的模型 其中采用電壓控制的DG在潮流計算中可作為PV節(jié)點處理,采用功率因數(shù)控制的DG可以作為PQ節(jié)點處理。 下文談論采用無勵磁調(diào)節(jié)的同步發(fā)電機作為接口的DG在潮流計算中的處理方法。DGDG在潮流計算中的模型在潮流計算中的模型有下式成立： 一般在潮流計算中可以認為DG的輸出有功是已知的，由式（5）和式（6）可以推得QDG與端電壓關(guān)系為： 式（7）和式（3）有類似之處。

5、可見，對采用無勵磁調(diào)節(jié)能力的同步發(fā)電機作為接口的DG在潮流計算中也可作為電壓靜特性節(jié)點處理，同樣可以建立形如式（4）的數(shù)學模型。DGDG在潮流計算中的模型在潮流計算中的模型3.電力電子變換器接口模型 本文以燃料電池發(fā)電站為例，介紹其并網(wǎng)結(jié)構(gòu)及控制方式，然后對其在潮流計算中的處理方法給出建議。其中Ufc為電池輸出的直流電壓；Rfc為電池的內(nèi)阻；m為換流器的調(diào)節(jié)指數(shù)；為換流器點燃角；Vac為換流器輸出的交流電壓；XT為變壓器等值電抗； Vs為系統(tǒng)母線電壓； 與 為電壓的相角，且滿足 。DGDG在潮流計算中的模型在潮流計算中的模型Vac幅值與VFC有如下關(guān)系： VacmUFC (7)由圖2和式（8）

6、可以推出下式：由式子可以得到，在潮流計算中燃料電池發(fā)電站并網(wǎng)節(jié)點可以作為PV節(jié)點處理。算法研究算法研究直接法前推回帶法牛頓拉夫遜法 傳統(tǒng)的配電網(wǎng)潮流算法主要分為3種類型:直接法、前推回代法和牛頓拉夫遜法?；陟`敏度矩陣的補償算法基于靈敏度矩陣的補償算法 鑒于傳統(tǒng)直接法不能處理PV節(jié)點的缺陷,本文結(jié)合DG的特點,在直接法的基礎上,提出一種基于靈敏度矩陣的補償算法,在每一迭代過程中,根據(jù)靈敏度矩陣和PV節(jié)點電壓幅值不匹配量對PV節(jié)點無功進行修正。本文的靈敏度矩陣M定義如下:基于靈敏度矩陣的補償算法基于靈敏度矩陣的補償算法 若設系統(tǒng)1n為PV節(jié)點，PV節(jié)點的注入電流幅值增量和電壓幅值增量的關(guān)系可以近

7、似用下式表示：Zii為第i個PV節(jié)點的自阻抗；Zij為第i個PV節(jié)點和第j個PV節(jié)點之間的互阻抗；Ii和Vi 分別為第i個PV節(jié)點的注入電流幅值增量和電壓幅值增量?；陟`敏度矩陣的補償算法基于靈敏度矩陣的補償算法 由于PV節(jié)點電壓標幺值接近1.0，而且配電網(wǎng)節(jié)點電壓相角跟小，故：所以，靈敏度矩陣M可以用下式表示：Zii和Zij是系統(tǒng)節(jié)點阻抗矩陣中相應位置的元素，配電網(wǎng)節(jié)點阻抗矩陣容易形成，故靈敏度矩陣M的求取十分方便?；陟`敏度矩陣的補償算法基于靈敏度矩陣的補償算法基于靈敏度矩陣的算法流程如下：1.讀取系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)，形成節(jié)點阻抗矩陣和靈敏度矩陣M；2.設置PQ節(jié)點和電壓靜特性節(jié)點電壓V（0）=

8、1.00 ，PV節(jié)點初始電壓V（0）=Vs0,然后初始化PV節(jié)點無功Q（0）=(Qmax+Qmin)/2（Qmax和Qmin是PV節(jié)點的無功上下限），設迭代次數(shù)k=1；3.平衡節(jié)點單獨作用，其余節(jié)點注入為0，計算各節(jié)點電壓V1；4.計算各節(jié)點注入電流，平衡節(jié)點對地短路，計算此時除平衡節(jié)點外各節(jié)點的電壓V2；基于靈敏度矩陣的補償算法基于靈敏度矩陣的補償算法5.應用疊加原理求出各節(jié)點電壓V（k）=V1+V2。若各PQ節(jié)點和電壓靜特性節(jié)點滿足max|V(k)-V(k-1)|且PV節(jié)點滿足max|V(k)-Vs|則計算收斂,進人步驟6,否則更新各PQ,PV節(jié)點和靜特性節(jié)點電壓,即令V(0)V(k),根

9、據(jù)PV節(jié)點電壓幅值不匹配量和靈敏度矩陣計算無功功率修正量,更新各PV節(jié)點的注人無功功率,令kk十1,轉(zhuǎn)人步驟3；6.計算結(jié)束，輸出潮流計算結(jié)果。算例分析算例分析本文采用下圖所示的90節(jié)點配電系統(tǒng)進行分析。基準功率為100MW，計算精度10-4，PV節(jié)點指定電壓幅值標幺值均為1.0。算例分析算例分析下文說明：I型DG表示采用異步發(fā)電機接口的電源II型DG表示采用無勵磁調(diào)節(jié)的同步發(fā)電機為接口的電源 III型DG表示采用變換器作為接口的燃料電池 并且：I型DG和II型DG在潮流計算中均作為電壓靜特性節(jié)點處理,III型DG在潮流計算中作為PV節(jié)點處理。多種多種DG并網(wǎng)對潮流收斂性的影響測試并網(wǎng)對潮流收

10、斂性的影響測試表1是III型DG個數(shù)對算法迭代次數(shù)的影響結(jié)果，從中可以看出，隨著III型DG數(shù)的增多，迭代次數(shù)并沒有明顯增加。 III型型DG數(shù)數(shù)DG位置位置迭代次數(shù)迭代次數(shù)計算時間計算時間s031.39015741.390257,1651.402357,16,4751.403457,16,47,8251.406表1 III型DG數(shù)對迭代計算的影響不同形式不同形式DG并網(wǎng)對饋線電壓分布的影響分析并網(wǎng)對饋線電壓分布的影響分析設：饋線1路徑為：16-22-24-26-28，饋線2路徑為：47-49-51-53-55饋線3路徑為：82-86-88-90方案A表示節(jié)點16接有10臺并聯(lián)運行的I型DG。

11、方案B表示在方案A基礎上在47節(jié)點接一臺II型DG。方案C表示在方案B基礎上在82節(jié)點接一臺III型DG。測試結(jié)果見下表，表2。不同形式不同形式DG并網(wǎng)對饋線電壓分布的影響分析并網(wǎng)對饋線電壓分布的影響分析表2 采用不同DG接入方案前后部分節(jié)點電壓計算結(jié)果比較 不同形式不同形式DG并網(wǎng)對饋線電壓分布的影響分析并網(wǎng)對饋線電壓分布的影響分析從表2中可以看出：III型DG對系統(tǒng)電壓支撐能力最強，其次是II型DG，而I型DG則降低了系統(tǒng)電壓水平。結(jié)論結(jié)論 本文在分析3種典型DG運行特點的基礎上，對它們在潮流計算中的處理方法進行了研究，提出了基于靈敏度補償?shù)某绷魉惴?，?0節(jié)點系統(tǒng)中進行了大量測試，得到如下結(jié)論：1.采