分布式电源混合并网的配电网潮流算法研究_精品文档.pdf
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第39卷?
第1期2011年1月Vo.l39?
No.1Jan.?
2011分布式电源混合并网的配电网潮流算法研究李?
丹,陈皓勇（华南理工大学电力学院,广州?
510640）摘?
要:
计及分布式电源（DG）的潮流计算是含DG的配电网优化规划和运行的基础前提。
在分析和建立几种应用广泛的DG潮流计算模型基础上,提出配电网潮流计算的改进前推回代算法。
算法的本质是把DG的PV、PQ（V）以及PI节点转换为前推回代法可处理的PQ节点。
针对PV节点转换困难的问题,改进了戴维南等值阻抗矩阵法,并提出快速网络搜索法形成与PV节点相关的节点阻抗矩阵的部分元素来修正PV节点注入的无功功率。
就DGs的不同类型设计了6种方案在90节点配电系统进行反复测试,测试结果验证了所提算法收敛特性好、计算速度快、有自动处理PV节点无功越限的能力。
根据测试结果分析了DGs并网对配网潮流的方向、馈线电压以及系统网损的影响。
关键词:
分布式电源;配电网络;潮流计算;前推回代;戴维南等值阻抗矩阵;网络搜索作者简介:
李?
丹（1984?
）,女,硕士研究生,主要研究方向为含分布电源的配电网规划与运行。
中图分类号:
TM71?
文献标志码:
A?
文章编号:
1001?
9529（2011）01?
0076?
05基金项目:
教育部新世纪优秀人才支持计划（NCET080207）;教育部科学技术研究重点项目（109128）AlgorithmResearchofLoadFlowofDistributionNetworkwithDifferentDistributedGenerationsLIDan,CHENHao?
yong（SchoolofElectricPower,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China）Abstract:
Loadflowcalculationwithdistributedgenerationsisthebasicpremisefortheoptmiizationplanningandopera?
tionofdistributionnetwork.OnthebasicoftheanalysisandestablishmentofseveralwidelyusedDGloadflowcalculationmodels,anmiprovedalgorithmbasedonforward/backwardsweeptocalculateloadflowisproposedinthispaper.Thees?
senceofthisalgorithmistotransformPV,PQ（V）andPInodeofDGintoPQnode.Consideringthedifficultyintransfor?
mingPVnode,theTheveninequivalentmipedancematrixismiprovedandthenetworksearchmethodispresentedtoformsomeelementsofthenodemipedancematrixtomodifythePVnodereactiveinjection.Sixschemesaredesignedforthedif?
ferentmodesofDGs,andaretestedrepeatedlyin90?
nodedistributionsystem.Thetestresultsverifythattheproposedal?
gorithminthispaperisgoodinconvergenceproperties,fastincalculation,andcapableofautomaticallyprocessingPVnodereactivelmiits.Atlas,taccordingtothetestsresults,thispaperanalyzesethemipactscausedbytheaccessofDG,suchasthedirectionoftheloadflowofdistributionnetwork,thefeedervoltageandthelossofthesystem.Keywords:
distributedgenerations;distributionnetwork;loadflowcalculation;forward/backwardsweepmethod;Theveninequivalentimpedancematrix;networksearchFoundationitems:
ProgramofNewCenturyExcellentTalentinUniversityofMinistryofEducationCommission（NCET080207）;KeyProjectofChineseMinistryofEducation（109128）?
近年来,国内外学者对推广分布式发电（Dis?
tributedGenerations,DG）技术的关键性问题展开了各种研究,其中包括了DG的潮流计算。
从DG的出力可控与否角度,分为确定性潮流计算与概率性潮流计算。
确定性潮流计算（主要为经典潮流算法）包括高斯迭代法、牛顿拉夫逊法（NewtonRaphson,NR）和前推回代法,各有优势和局限。
在含DG的配电网潮流计算研究中,尽管对经典算法进行了各类改进,但从改进的效果看并没有充分发挥出各方法特有的优势,尤其前推回代潮流算法数值特性好、收敛性能强的特点没能得以充分体现。
本文充分利用配电网辐射状结构,提出完整的可考虑多种类型DG并网的改进前推回代潮流算法,不仅保留前推回代算法原有的优势,并且使它处理PV节点的能力可与NR法媲美。
1?
DG在潮流计算中的电源模型DG的潮流计算模型包括传输功率模型和节李?
丹,等?
分布式电源混合并网的配电网潮流算法研究0077点模型,各类型DG相异的运行方式和控制特性决定其在潮流计算中模型的异同。
相关研究从DG的三种接口形式6:
异步发电机、同步发电机以及电力电子变换器的角度对DG的潮流计算模型进行了讨论。
本文主要分析目前应用比较广泛的几种DG。
1.1?
燃料电池燃料电池输出为直流,通过功率调节单元（powerconditionuni,tPCU）并网。
燃料电池的交流输出电压和输出功率是调制度m和换流器超前角?
的函数,PCU通过调整m控制交流输出侧的电压幅值,通过燃料流量控制?
控制有功输出。
因此,在潮流计算中燃料电池发电站并网节点作为PV节点处理。
燃料电池换流器的无功输出有上下限,设换流器输出的额定有功功率为PN,最小功率因数为?
min,则换流器的最大容量Smax=PN/?
min。
换流器在输出有功功率P时对应的无功输出上限Qmax=S2max-P2。
当无功功率下限Qmin=0时,即认为燃料发电站正常运行时不需要从系统吸收无功。
潮流迭代过程中,若经过修正后的PV节点无功越界,则将其转换成对应的PQ节点,如果在后续迭代中,又出现该节点电压越界,重新将其转换为PV节点。
1.2?
微型燃气轮机冷热电联产现代建筑物的分布式能源系统主要以冷热电联产（CCHP）为主,该系统的主要发电装置为微型燃气轮机,发出高频交流电,一般通过AC/DC/AC电力电子变换器并入电网。
微型燃气轮机拥有调速系统和励磁系统,调速系统根据负荷水平调整有功输出,励磁系统和电力电子装置保持微型燃气轮机的电压输出为恒定值,因此,微型燃气轮机在潮流计算中可当作PV节点。
对于无功越限问题,则同燃料电池发电方式处理。
1.3?
风力发电机组风力发电机组按照发电机类型可分为三类:
普通异步风机（无电力电子变频器）、双馈感应风机（采用部分功率电力电子变频器）和多级同步风机（采用全功率电力电子变频器）。
异步风机本身没有励磁装置,主要依靠电网提供的无功功率建立磁场。
异步风机的无功功率与电压的变化密切相关,在潮流计算中应作为电压静特性节点?
PQ（V）节点处理,每次迭代时利用上次迭代所得电压对功率进行更新。
双馈感应机因其发电机定子直接馈入电网,转子通过部分功率变频器馈入电网而得名,它与同步风机均属于变速恒频的风电机组,可通过变频控制系统将发电机有功、无功功率实现解耦控制,以此调节改善风电场的功率因数及电压稳定性。
因此,在潮流计算中二者作为PQ节点处理。
1.4?
光伏电池和蓄电池光伏电池和蓄电池输出为直流,通过DC/AC逆变器并网,目前多采用电压源型电流控制逆变器,功率因数可恒定为1。
为使电网更加稳定经济地运行,也可损失部分有功功率对配电网进行无功补偿。
因通过电流控制逆变器并网的光伏电池和蓄电池有功输出和注入电网的电流保持恒定,在潮流计算中当作PI节点处理,第k+1次的光伏电池无功输出值Qk+1=|I2|（V2k）-P2。
其中I?
恒定的电流相量幅值;Vk?
第k次迭代得到的电压相量幅值;P?
恒定的有功功率值。
由此在潮流计算k+1次迭代过程中,通过第k次迭代电压更新输出无功功率,使PI节点转变成PQ节点处理。
需要注意的是蓄电池是双向功率分布式电源,潮流计算过程中首先需弄清楚是作为电源还是负载。
2?
含DG的前推回代计算处理2.1?
含DG的配电网潮流流向当DG接入辐射式配电网后,该网络变为一遍布电源和负荷的互联网络,线路中有功和无功功率大小、方向均发生变化,可能出现潮流回流2。
如图1所示配电网,在辐射路径的第i个负荷节点上安装DG,根据节点的有功负荷Pli与DG有功出力PDGi之间的大小关系,网络有功潮流流动可有如下3种情况:
（1）当PLiPDGi时,配电网向该负荷节点提供PL-PDG的有功,有功潮流流动方向未发生改变;
（2）当PLiPDGi时,负荷节点可看成一有功出力为PDGi-PLi的电源节点;（3）当PDGi=PLi时,有功潮流流动为0。
2.2?
DG接入后的节点模型处理一定规模容量和高可靠性的DG已成为电网00782011,39
（1）图1?
带分布式电源的辐射网络公司扩容的优先选择。
按照靠近负荷中心的原则,在进行DG选址规划时,一般考虑将其直接连接到配电网负荷节点上,使得原网络的潮流计算节点模型要做一些改变。
（1）当节点类型为PQ、PQ（V）以及PI的DG接入负荷节点i时（如双馈感应风机,异步风机、光伏电池等）负荷节点i转变成相应的DG节点类型,同时更新节点注入功率。
默认流出节点的功率方向为正,未接DG前节点负荷功率为SLdi=PLdi+jQLdi,DG注入功率（其中异步风机和光伏电池要先根据初始化电压计算出初始注入的无功功率）为SDGi=PDGi+jQDGi,接入DG后,节点的负荷初始功率更新为S?
Ldi=SLdi-SDGi=（PLdi-PDGi）+j（QLdi-QDGi）需要说明的是,采用异步发电机的DG从电网中吸收无功,因此方向为正。
（2）当节点类型为PV的DG接入负荷节点时（如燃料电池,微型燃气轮机等）负荷节点i由PQ节点转变为PV节点,有功同上述
（1）方式处理。
为加快收敛速度,在进行潮流计算前可根据DG所发出无功的上下限QDGimax、QDGimin与原负荷节点无功QLdi估算出节点新的无功取值范围。
由于DG发出无功功率上限通
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