分布式電源的配電網潮流計算

郭晉宇等

摘要：分布式電源（DG）的并網對配網的運行和安全具有很大的影響。在分析常見DG模型基礎上，提出一種改進前推回代算法，考慮到該算法中PV節點處理能力較差，引入無功修正，同時分析DG并網對系統的影響。在IEEE33節點系統中進行可行性驗證，結果表明，分布式電源的接入對系統電壓和網損有影響，一定程度的無功注入會降低網損。

關鍵詞：分布式電源；配電網；潮流計算；前推回代；網損

中圖分類號：TM744 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2015）01-0044-03

分布式發電系統（Distribute Generation，DG）因具有靈活、高效、可靠等優勢而發展迅速。在電力系統穩定運行的情況下，大量DG的接入對配電網的穩定性、網絡損耗及電壓分布造成了較大影響。因此，需要采用改進傳統潮流分析的方法來處理DG接入問題。

傳統的配電網潮流算法主要有牛頓拉夫遜法、直接法和前推回代法3種。DGs種類的各異性使其不適用于傳統潮流計算方法，加之與傳統發電機組計算模型不一致，這使得含DGs的配電網潮流計算更加復雜。因此，建立各種DGs的潮流模型是求解含DGs配電網潮流的關鍵所在。前推回代法具有易編程、收斂性好、計算效率高、占用內存少、不需要求Jacobi矩陣等優點，在配電系統中應用廣泛。但是該方法要求配電網除首端平衡節點以外的節點都為PQ節點。在此基礎上，建立新的DG計算模型，提出一種改進的前推回代算法有效處理PV節點。通過反復仿真分析，確定該算法有效，可用于含DG配網的運行分析。

1 DG潮流計算模型

DG模型與傳統發電機組模型不同，需要考慮不同DG的數學模型。通常情況下，DG功率在幾千瓦至50 MW之間，DG發電特性不同，并網接口的形式也不同。現對幾種常見的DG并網模型潮流模型進行分析。

1.1 微型燃氣輪機

微型燃氣輪機并網應用電力控制，其輸出電壓和有功功率為恒定值，因此在潮流計算中可作為PV節點進行處理。

1.2 光伏發電系統

光伏發電系統將光能轉化成電能，通過逆變器將直流電能轉換為交流電（與配網相位頻率相符）并網，具有恒定的有功功率（P）和輸出電流（I），潮流計算中作為PI節點處理。

2.2 計算步驟

根據上述分析，采用MATLAB2007a編制新的潮流程序，計算步驟如下：

1） 輸入原始數據，列出PV型DG節點電抗矩陣X。

2） 設置各符合節點給定值。PV節點P，U為給定值；PI節點P，I為給定值；PQ節點P為給定值，電壓設定為U=1.0∠0°。

3） 從線路末節點開始，以初值電壓和功率為已知條件，計算出支路功率和首端功率。

4） 從根節點開始，以首端功率和首端電壓為已知條件，計算各節點電壓。

5） PV型節點與PQ（V）型節點無功功率計算。根據步驟4）獲得各節點電壓，PV型節點的無功功率按照式（8）、（9）進行調整，PQ（V）型節點按照式（2）進行調整。

6）收斂判斷，所有非PV型節點滿足max≤ε。

3 算例分析

IEEE 33節點配電系統如圖1所示，其中0為平衡節點，基準功率10 MVA，電壓10.5 kV，計算精度ε=10-4。

3.1 PV型DG并網對潮流的影響

在配網不同節點接入不同數量的PV型DG，并進行潮流分析，結果如表1所示。結果表明：隨著DG節點數量的增加，迭代次數無明顯增加，迭代時間穩定，表明該算法有很好的適應性。

3.2 DG接入不同位置后配網的節點電壓

在測試中，分別在節點8，10，16處接入風力機組（PQ（V）節點型DG），計算系統不同節點的電壓幅值。由表2數據可知，各節點電壓趨勢遞增且PQ（V）型DG并網位置越靠近系統電源電，網絡中測試節點的電壓越低。因此，在配網運行中應考慮PQ（V）型DG接入位置對系統電壓的影響。

3.3 不同DG并網對系統的影響

圖2為種測試方案：方案1為未接入任何DG的配電系統；方案2在31節點處接入1個PQ（V）型DG；方案3在31節點處接入1個PI型DG；方案4在31節點處接入1個PV型DG；方案5為在網絡中（節點14，20，31）分別接入1個PQ（V），PI，PV型DG。

分析圖2曲線可知：在3種不同類型DG中，PV節點型提高電壓和降低網損的效果較理想，其次分別為PI節點型和PQ（V）節點型；方案5中，DG混合并網運行減小系統網損和提高電壓水平的效果最理想。

4 結論

在分析不同DG類型的基礎上，確定符合的計算模型，提出改進前推回代算法在IEEE33節點網絡中具有良好的收斂性。測試數據表明：DG的類型、并網接入位置對配網的電壓和網絡損耗都有一定影響。

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Abstract： The parallel operation of distributed generation （DG） has big influences on the safety and operation of distribution power network. The article raises improved forward and backward substitution method based on the analysis of the general DG model. With the consideration of poor ability of PV nodes treatment in the method， the reactive power correction is used； meanwhile it also analyzes the influences of DG interconnection to the system. With the process of verified feasibility in IEEE33 nodes system， the result comes out that the access of DG has influences on system voltage and power loss， the injection of a certain amount reactive power will reduce power loss.

Key words： distributed generation； power distribution； power flow calculation； forward and backward substitution； power loss