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含分布式电源的配电网潮流计算 作者：陈海焱,陈金富,段献忠 单位：华中科技大学电气与电子工程学院 报刊：电力系统自动化 什么是分布式电源？ 分布式电源(DG)一般分布在配电网,其容量大多在几十kW－几十MW之间。按发电能源是否可再生将其分为2类:一类称为利用可再生能源的DG,主要包括太阳能光伏、风能、地热能、海洋能等发电形式;另一类称为利用不可再生能源的DG,主要包括内燃机、热电联产、燃动机、微型燃气轮机、燃料电池等发电形式。 分布式电源并网所带来的新的问题： DG并人配电网对配电系统的网损和电压分布有重要影响,而潮流计算是对其影响进行量化分析的主要手段。由于目前的配电网潮流计算方法中没有考虑各种形式的DG,因而随着各种不同形式DG的并网,配电网潮流计算难度增大,一些传统计算方法将因不能考虑DG的影响而失效,为此必须研究能够计及DG对配电网络影响的潮流计算新方法。 论文背景 论文的结构 DG并网的接口 DG与配电网互联的接口一般有3种形式: 同步发电机、异步发电机、DC/AC或AC/AC变换器。 DG的典型容量范围及其与电网的接口形式如下所示： 发电形式 典型容量范围 与电网的常见接口 太阳能发电 几W－几百kW DC/AC变换器 风能 几百W－几MW 异步发电机 地热能 几百kW－几MW 同步发电机 海洋能 几百kW－几MW 四象限同步发电机 微型汽轮机 几十kW－几MW AC/DC变换器 燃料电池 几十kW－几十MW DC/AC变换器 DG在潮流计算中的模型 异步发电机接口模型 利用风能发电的DG一般采用异步发电机并网运行,其简化等值电路如图所示： xm为激磁电抗,x1为定子漏抗,x2为转子漏抗,xc为机端并联电容器电抗,R2为转子电阻,s为转差,定子电阻忽略。 由上图可推出： DG在潮流计算中的模型 对风电场而言,输出的有功功率P由风速决定,在潮流计算中可以认为是给定值,此时吸收的无功功率Q与机端电压V、转差s有关,而V和s的关系由式(1)决定,于是可推出异步风力发电机吸收的Q与V的函数关系式: 由此可知，异步发电机节电类型具备如下特点： 发出的有功功率是确定值，而无功功率与机端电压有关。 其通用表达式为： 同步发电机接口模型 DG在潮流计算中的模型 其中采用电压控制的DG在潮流计算中可作为PV节点处理,采用功率因数控制的DG可以作为PQ节点处理。 下文谈论采用无励磁调节的同步发电机作为接口的DG在潮流计算中的处理方法。 DG在潮流计算中的模型 有下式成立： 一般在潮流计算中可以认为DG的输出有功是已知的，由式（5）和式（6）可以推得QDG与端电压关系为： 式（7）和式（3）有类似之处。可见，对采用无励磁调节能力的同步发电机作为接口的DG在潮流计算中也可作为电压静特性节点处理，同样可以建立形如式（4）的数学模型。 DG在潮流计算中的模型 3.电力电子变换器接口模型 本文以燃料电池发电站为例，介绍其并网结构及控制方式，然后对其在潮流计算中的处理方法给出建议。 其中Ufc为电池输出的直流电压；Rfc为电池的内阻；m为换流器的调节指数；ψ为换流器点燃角；Vac为换流器输出的交流电压；XT为变压器等值电抗； Vs为系统母线电压；δ 与θ 为电压的相角，且满足ψ＝δ－θ 。 DG在潮流计算中的模型 Vac幅值与VFC有如下关系： Vac＝mUFC (7) 由图2和式（8）可以推出下式： 由式子可以得到，在潮流计算中燃料电池发电站并网节点可以作为PV节点处理。 算法研究 直接法 有较强的处理弱环网的能力,而且适合处理具有电压静特性的节点类型,但是对含PV节点的网络则不能有效处理。 ? 前推回带法 有易编程、计算效率高等优点,该方法也能有效处理电压静特性的节点类型,但是对弱环网或对包含DG的多PV节点网络则处理不便,需要用到补偿技术. 牛顿拉夫逊法 该方法对电压初值非常敏感,由于配电网靠近末端的节点电压往往偏低,导致该方法收敛性较差,另外在配电网中具有大的R/X,故雅可比矩阵不能实现解藕。 传统的配电网潮流算法主要分为3种类型:直接法、前推回代法和牛顿拉夫逊法。 基于灵敏度矩阵的补偿算法 鉴于传统直接法不能处理PV节点的缺陷,本文结合DG的特点,在直接法的基础上,提出一种基于灵敏度矩阵的补偿算法,在每一迭代过程中,根据灵敏度矩阵和