分布式电源混合并网的配电网潮流算法研究资料下载.pdf
《分布式电源混合并网的配电网潮流算法研究资料下载.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分布式电源混合并网的配电网潮流算法研究资料下载.pdf（5页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
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常是远大于原节点负荷无功,因此接入DG后节点新的无功功率上限满足Qldminax=|Qldi-QDGimax|-无功功率上限而无功功率下限可默认取0。
事实上,由于前推回代法对初值依赖性不高,且收敛性好,在系统不复杂时,无功功率上、下限值均可初始化为0,简化了分析过程。
2.3?
PV节点的处理分布式电源接入配电网的同时也引入了PV、PQ（V）、PI节点,其中PV节点在传统前推回代法中不易处理。
鉴于此,本文在文献3的基础上对PV节点的处理做了如下改进。
如图2所示含有n个PV节点配电网,若在每一PV节点处断开,形成网络断点和电源点断图2?
带PV节点的断点网络点,如此,新网络依然为辐射状。
由戴维南定理知,从两断点看进去,断点电压幅值增量?
U和电流幅值增量?
I满足Z?
I=?
U
（1）式中?
Z=R+jX为戴维南等值阻抗矩阵。
由于配电网中所有节点电压标幺值都近似等于1.0,且相角一般很小,可以忽略,因此式
（1）可转换为Z?
S*=?
U
（2）式中?
P-j?
Q为等值注入功率增量的共轭。
由于PV节点端口有功不匹配量?
P恒为0,故式
（2）展开为-|Z11|Z12|?
|Z1n|Z21|Z22|?
|Z2n|?
|Zn1|Zn2|?
|Znn|?
Q1?
Q2?
Qn=?
V1?
V2?
Vn（3）当求得了戴维南等值阻抗矩阵,每次潮流计算迭代后,可根据式（3）利用电压幅值偏差对PV节点的注入无功进行修正。
由戴维南定理知,戴维南等值阻抗矩阵等于节点阻抗矩阵。
节点阻抗矩阵的形成有支路追加法和连续回代法4。
连续回代法虽能快速求取节点阻抗矩阵,但需要先形成网络的节点导纳矩阵并计算出因子表,工作量较大。
本文充分利用网络的辐射状结构,在支路追加法基础上提出快速网络搜索法:
PV节点自阻抗为网络断点向上搜索到馈线根节点时所有支路的阻抗和,互阻抗为各断点到馈线根节点的公共支路阻抗和。
快速网络搜索法非常适合计算节点阻抗矩阵中的部分元素,并且工作量小。
改进的戴维南等值阻抗矩阵分析法,只需要与PV节点相关的部分节点阻抗矩阵元素,因此占用计算机内存小;
又由于部分节点阻抗矩阵为满阵,所利用的网络信息较多,其收敛性能可大大提高。
分布式电源混合并网的配电网潮流算法研究00793?
改进前推回代算法计算流程在分析和建立了各类型DG的潮流模型基础上,本文采用C+6.0编制了新的基于前推回代法的含多种DG混合并网的配电网潮流计算程序,算法的基本步骤如下:
（1）输入各DG发电机组、网络节点、线路、变压器参数等数据;
（2）判断节点类型;
（3）检索PV节点的数目,采用网络搜索法形成戴维南等值阻抗矩阵;
（4）初始化网络电压,置迭代次数k=1;
（5）前推节点传输功率,将PV、PQ（V）和PI节点转换为恒功率负荷与普通PQ节点一起进行处理。
（6）回代节点电压,检测PQ、PQ（V）和PI节点两次迭代之间节点电压的变化量,如满足收敛条件,且PV节点迭代后电压与初始化电压幅值差值亦满足收敛条件,则计算收敛,转步骤8,否则转步骤7;
（7）更新无功功率,利用步骤6所求电压更新PQ（V）、PI节点的注入无功功率;
计算出PV节点的电压变化量?
V（步骤6中求得的PV网络断点电压和已知电压幅值的差值）,根据式（3）式算出修正功率,更新PV节点的注入无功功率。
注意:
经过修正后的无功功率要判断其是否发生无功越限,若越限则将其转换为对应的PQ节点。
再令k=k+1转步骤5,进入下一次迭代;
（8）计算结束,输出潮流计算结果。
4?
算例分析本文采用90节点配电系统进行分析,网络拓扑图和支路、节点参数参考文献5,计算精度取为?
=10-4。
由于网络馈线较多,因此本文从系统中选取4条馈线段作分析,其路径分别为:
6?
8?
10?
11?
13,47?
49?
51?
53?
55,56?
57?
69?
70?
71,78?
82?
86?
88?
89。
4.1?
接入DG数目对潮流性能的影响表1描述的是PV节点的DG数目对本文所提算法迭代次数的影响结果,数据表明,随着PV节点数目的增多,迭代次数基本没有增加,收敛特性很好。
该测试结果验证了本文所提算法能有效处理含DG的多PV节点潮流计算。
表1?
PV节点个数对迭代计算的影响接入DG数目接入DG节点迭代次数0?
41115211,535311,53,705411,53,70,8854.2?
多类型DG对馈线段电压和网损的影响为充分表达和分析各类型DG对配电网潮流性能的影响,本文在上述馈线上,拟定了6个方案接入不同类型的DG,如表2所示。
各方案中,DG接在靠近末端的负荷节点上。
表2?
方案描述1）方案接入DG类型接入DG参数接入节点1无2PQ（双馈感应风机）P=0.5,Q=0.35533PV（燃料电池）P=0.5,V=1.0884PQ（V）（异步风机）P=0.5115PI（光伏发电系统或者蓄电池）P=0.5,I=0.4706方案2+方案3+方案4+方案5?
53,8811,70注:
1）燃料电池的电力电子变换器无功取值范围（0,0.75）表3列出了6种方案下,所选取的4条馈线段的节点电压标幺值和系统总网损。
表4是各方案的潮流迭代次数。
4.3?
仿真结论根据上述设计方案测试的数据结果,分析和总结出以下结论:
（1）除方案4外,方案2,3,5,6的节点电压明显比方案1高出许多,说明燃料电池、双馈感应风机、光伏电池和蓄电池的接入对于配电网电压有着很好的支撑作用。
在支撑作用表现方面,光伏电池和蓄电池最好,其次是燃料电池;
方案4的节点电压较方案1相近,甚至在某些节点上表现偏低,说明转差控制型异步风机不能很好支撑系统电压,因此实际应用过程中,为了使异步风机的接入不影响电压质量需要安装无功补偿装置就地补偿异步风机吸收的无功功率;
（2）方案2中,馈线段2上节点53电压值高于节点51,节点51电压值高于节点49,即馈线后端节点电压高于前端节点电压。
这是由于双馈感应风机接在节点53导致支路49?
51、51?
53的潮流发生反向,产生倒流。
由此说明,接入DG的配电网,电压不再简单沿馈线走向降低,需要根据它所接分布式电源的类型、位置和容量大小定量分析;
00802011,39
（1）表3?
不同DG并网的节点电压和网损馈线段节点号方案1方案2方案3方案4方案5方案6节点电压标幺值160.94340.94420.94680.94370.94750.952280.93750.93830.94080.93790.94780.9464100.93420.93500.93760.93460.93860.9432110.93250.93330.93590.93310.93700.9417130.93230.93310.93560.93290.93670.94142470.93910.95910.94070.93920.94110.9625490.93890.95910.94050.93900.94090.9626510.93790.95980.93940.93800.93990.9632530.93750.96060.93900.93760.93950.9641550.93740.96050.93890.93750.93930.96403560.95130.95210.95540.95150.95670.9617570.94960.95040.95370.94990.95600.9610690.94770.94850.95180.94800.95530.9603700.94690.94770.95100.94710.95540.9605710.94380.94460.94790.94410.95240.95754780.94920.95000.95430.94940.95460.9607820.94590.94670.95250.94610.95130.9589860.94490.94570.95220.94510.95030.9586880.94410.94490.95230.94440.94960.9586890.94370.94450.95180.94390.94910.9581表4?
各方案的潮流迭代次数方案方案1方案2方案3方案4方案5方案6迭代次数444444?
（3）方案3中,接入的燃料电池节点类型原属于PV节点,但由于在迭代过程中,无功出力超出最大值,因此在算法中将其自行从PV节点转换为PQ节点,迭代次数同表2相比有所减少;
（4）方案2,3,4,5,6的系统网损值都小于方案1,说明DG的接入能减少整个系统的网损,尤其是无功网损值;
（5）方案6中接入4种类型DG,潮流迭代次数与前5个方案基本一致,反应改进的算法在计算速度和迭代次数不会因为DG的类型多样和数目增多而变坏,且收敛特性表现非常好。
经反复测试论证,上述结论具可重复性,在更复杂配电网系统中同样适用。
参考文献:
1陈海焱,陈金富,段献忠.含分布式电源的配电网潮流计算J.电力系统自动化,2006,30
（1）:
35?
40.CHENHai?
yan,CHENJin?
fu,DUANXian?
zhong.StudyonPowerFlowCalculationofDistributionSystemwithDGsJ.AutomationofElectricPowerSystems,2006,30（l）:
40.2王成山,陈?
恺,谢莹华,等.配电网扩展规划中分布式电源的选址和定容J.电力系统自动化,2006,30（3）:
38?
43.WANGCHeng?
shan,CHENKa,iXIEYing?
hua,eta.lSit?
tingandSizingofDistributedGenerationinDistributionNet?
workExpansionPlanningJ.AutomationofElectricPowerSystems,2006,30（3）:
43.3孙?
健,江道灼,刘志华.基于前推回代的配电网潮流改进算法J.电力系统自动化设备,2004,24（3）:
81?
84.SUNJian,JIANGDao?
zhuo,LIUZHi?
hua.ModifiedPowerFlowAlgorithmofDistributionNetworkbasedonForward/BackwardSweepMethodJ.ElectricPowerAutomationE?
quipment,2004,24（3）:
84.4张伯明,陈寿孙.高等电网络分析M.北京:
清华大学出版社,2007.5陈海焱.含分布式发电的电力系统分析方法研究D.武汉:
华中科技大学,2007.收稿日期:
2010?
12?
14本文编辑:
杨林青
升级会员 