含分布式電源的配電網(wǎng)潮流計(jì)算-鄧天宇

1、LOGO含分布式電源的配電網(wǎng)潮流計(jì)算含分布式電源的配電網(wǎng)潮流計(jì)算n作者：陳海焱作者：陳海焱, ,陳金富陳金富, ,段獻(xiàn)忠段獻(xiàn)忠n單位：華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院?jiǎn)挝唬喝A中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院n報(bào)刊：電力系統(tǒng)自動(dòng)化報(bào)刊：電力系統(tǒng)自動(dòng)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(yáng)能光伏、風(fēng)能、地?zé)崮?、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(jī)、熱電聯(lián)產(chǎn)、燃動(dòng)機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、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(duì)配電系統(tǒng)的網(wǎng)損和電壓分布有重要影響,而潮流計(jì)算是對(duì)其影響進(jìn)行量化分析的主要手段。由于目前的配電網(wǎng)潮流計(jì)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(jì)算難度增大,一些傳統(tǒng)計(jì)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(jì)及DG對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)影響的潮流計(jì)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(jī)、異步發(fā)電機(jī)、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(yáng)能發(fā)電幾W幾百kWDC/AC變換器風(fēng)能幾百W幾MW異步

3、發(fā)電機(jī)地?zé)崮軒装賙W幾MW同步發(fā)電機(jī)海洋能幾百kW幾MW四象限同步發(fā)電機(jī)微型汽輪機(jī)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(jì)算中的模型在潮流計(jì)算中的模型異步發(fā)電機(jī)接口模型 利用風(fēng)能發(fā)電的DG一般采用異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行,其簡(jiǎn)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(jī)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(jì)算中的模型在潮流計(jì)算中的模型 對(duì)風(fēng)電場(chǎng)而言,輸出的有功功率P由風(fēng)速?zèng)Q定,在潮流計(jì)算中可以認(rèn)為是給定值,此時(shí)吸收的無功功率Q與機(jī)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(fēng)力發(fā)電機(jī)吸收的Q與V的函數(shù)關(guān)系式: 由此可知，異步發(fā)電機(jī)節(jié)電類型具備如下特點(diǎn)：發(fā)出的有功功率是確定值，而無功功率與機(jī)端電壓有關(guān)。其通用表達(dá)式為：u同步發(fā)電機(jī)接口模型 DGDG在潮流計(jì)算中的模型在潮流計(jì)算中的模型 其中采用電壓控制的DG在潮流計(jì)算中可作為PV節(jié)點(diǎn)處理,采用功率因數(shù)控制的DG可以作為PQ節(jié)點(diǎn)處理。 下文談?wù)摬捎脽o勵(lì)磁調(diào)節(jié)的同步發(fā)電機(jī)作為接口的DG在潮流計(jì)算中的處理方法。DGDG在潮流計(jì)算中的模型在潮流計(jì)算中的模型有下式成立： 一般在潮流計(jì)算中可以認(rèn)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(duì)采用無勵(lì)磁調(diào)節(jié)能力的同步發(fā)電機(jī)作為接口的DG在潮流計(jì)算中也可作為電壓靜特性節(jié)點(diǎn)處理，同樣可以建立形如式（4）的數(shù)學(xué)模型。DGDG在潮流計(jì)算中的模型在潮流計(jì)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(duì)其在潮流計(jì)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(diǎn)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(jì)算中的模型在潮流計(jì)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(jì)算中燃料電池發(fā)電站并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可以作為PV節(jié)點(diǎn)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(bǔ)償算法基于靈敏度矩陣的補(bǔ)償算法 鑒于傳統(tǒng)直接法不能處理PV節(jié)點(diǎn)的缺陷,本文結(jié)合DG的特點(diǎn),在直接法的基礎(chǔ)上,提出一種基于靈敏度矩陣的補(bǔ)償算法,在每一迭代過程中,根據(jù)靈敏度矩陣和PV節(jié)點(diǎn)電壓幅值不匹配量對(duì)PV節(jié)點(diǎn)無功進(jìn)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(bǔ)償算法基于靈敏度矩陣的補(bǔ)償算法 若設(shè)系統(tǒng)1n為PV節(jié)點(diǎn)，PV節(jié)點(diǎn)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(gè)PV節(jié)點(diǎn)的自阻抗；Zij為第i個(gè)PV節(jié)點(diǎn)和第j個(gè)PV節(jié)點(diǎn)之間的互阻抗；Ii和Vi 分別為第i個(gè)PV節(jié)點(diǎn)的注入電流幅值增量和電壓幅值增量?；陟`敏度矩陣的補(bǔ)償算法基于靈敏度矩陣的補(bǔ)償算法 由于PV節(jié)點(diǎn)電壓標(biāo)幺值接近1.0，而且配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)阻抗矩陣中相應(yīng)位置的元素，配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)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(bǔ)償算法基于靈敏度矩陣的補(bǔ)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(diǎn)阻抗矩陣和靈敏度矩陣M；2.設(shè)置PQ節(jié)點(diǎn)和電壓靜特性節(jié)點(diǎn)電壓V（0）=

8、1.00 ，PV節(jié)點(diǎn)初始電壓V（0）=Vs0,然后初始化PV節(jié)點(diǎn)無功Q（0）=(Qmax+Qmin)/2（Qmax和Qmin是PV節(jié)點(diǎn)的無功上下限），設(shè)迭代次數(shù)k=1；3.平衡節(jié)點(diǎn)單獨(dú)作用，其余節(jié)點(diǎn)注入為0，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓V1；4.計(jì)算各節(jié)點(diǎn)注入電流，平衡節(jié)點(diǎn)對(duì)地短路，計(jì)算此時(shí)除平衡節(jié)點(diǎn)外各節(jié)點(diǎn)的電壓V2；基于靈敏度矩陣的補(bǔ)償算法基于靈敏度矩陣的補(bǔ)償算法5.應(yīng)用疊加原理求出各節(jié)點(diǎn)電壓V（k）=V1+V2。若各PQ節(jié)點(diǎn)和電壓靜特性節(jié)點(diǎn)滿足max|V(k)-V(k-1)|且PV節(jié)點(diǎn)滿足max|V(k)-Vs|則計(jì)算收斂,進(jìn)人步驟6,否則更新各PQ,PV節(jié)點(diǎn)和靜特性節(jié)點(diǎn)電壓,即令V(0)V(k),根

9、據(jù)PV節(jié)點(diǎn)電壓幅值不匹配量和靈敏度矩陣計(jì)算無功功率修正量,更新各PV節(jié)點(diǎn)的注人無功功率,令kk十1,轉(zhuǎn)人步驟3；6.計(jì)算結(jié)束，輸出潮流計(jì)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(diǎn)配電系統(tǒng)進(jìn)行分析?；鶞?zhǔn)功率為100MW，計(jì)算精度10-4，PV節(jié)點(diǎn)指定電壓幅值標(biāo)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(jī)接口的電源II型DG表示采用無勵(lì)磁調(diào)節(jié)的同步發(fā)電機(jī)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(jì)算中均作為電壓靜特性節(jié)點(diǎn)處理,III型DG在潮流計(jì)算中作為PV節(jié)點(diǎn)處理。多種多種DG并網(wǎng)對(duì)潮流收斂性的影響測(cè)試并網(wǎng)對(duì)潮流收

10、斂性的影響測(cè)試表1是III型DG個(gè)數(shù)對(duì)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(jì)算時(shí)間計(jì)算時(shí)間s031.39015741.390257,1651.402357,16,4751.403457,16,47,8251.406表1 III型DG數(shù)對(duì)迭代計(jì)算的影響不同形式不同形式DG并網(wǎng)對(duì)饋線電壓分布的影響分析并網(wǎng)對(duì)饋線電壓分布的影響分析設(shè)：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(diǎn)16接有10臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的I型DG。

11、方案B表示在方案A基礎(chǔ)上在47節(jié)點(diǎn)接一臺(tái)II型DG。方案C表示在方案B基礎(chǔ)上在82節(jié)點(diǎn)接一臺(tái)III型DG。測(cè)試結(jié)果見下表，表2。不同形式不同形式DG并網(wǎng)對(duì)饋線電壓分布的影響分析并網(wǎng)對(duì)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(diǎn)電壓計(jì)算結(jié)果比較 不同形式不同形式DG并網(wǎng)對(duì)饋線電壓分布的影響分析并網(wǎng)對(duì)饋線電壓分布的影響分析從表2中可以看出：III型DG對(duì)系統(tǒng)電壓支撐能力最強(qiáng)，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(yùn)行特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)它們?cè)诔绷饔?jì)算中的處理方法進(jìn)行了研究，提出了基于靈敏度補(bǔ)償?shù)某绷魉惴?，?0節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行了大量測(cè)試，得到如下結(jié)論：1.采