含分布式電源的配電網改進前推回代法潮流計算

榮華等

摘要：配電網在接入分布式電源后會發生很大變化，使傳統的潮流計算方法無法滿足計算要求。根據PQ型、PV型及PQ（V）型節點模型的技術特點，對其進行適當處理后，在闡述前推回代法基本原理的基礎上，提出改進后的潮流計算方法。應用該方法在IEEE33節點系統上進行仿真計算，計算不同類型DG在接入位置、容量及布局變化時對系統電壓的影響，驗證各種情況下該算法的收斂性。

關鍵詞：分布式電源；配電網；潮流計算；前推回代

中圖分類號：TM744 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2015）01-0047-04

隨著智能電網的快速發展，分布式發電逐漸成為電力系統的研究熱點，其中含分布式電源的配電網潮流計算是具有代表性的問題之一。接入分布式電源后配電網發生很大變化，傳統的配電網潮流計算方法已不能適應系統分析的需要，因此提出一種基于傳統前推回代法的改進方法。先建立3種分布式電源并網模型，分別為PQ、PV以及PQ（V）型節點模型，然后在闡述前推回代法基本原理的基礎上，提出改進后的潮流計算方法，最后通過仿真計算進行驗證。

1 分布式電源并網的節點模型

傳統配電網絡一般只含有平衡節點和PQ節點，以變電站出口母線為平衡節點，其他節點為PQ節點。分布式電源具有多樣性，網絡中接入DG后會使配電網出現多個包括PQ節點、PV節點、PQ（V）節點在內的多種類型節點，導致配電網的潮流變得更加復雜和難以確定。因此，將分別對3種節點的模型進行闡述。

1.1 PQ節點模型

與普通負荷相比，此種節點類型DG功率流向相反，故其潮流計算模型將有功及無功改變符號即可。 1.2 PV節點模型

PV節點模型的有功功率P和電壓V恒定，潮流計算模型中的有功功率改變符號，節點電壓等于DG輸出電壓。

2 潮流計算方法

2.1 引入DG后網絡的修改方案

1）加入PQ型DG，網絡結構不修改，將功率改變符號后疊加到加入節點負荷功率上。

2）加入PV型DG和PQ（v）型DG，將其看作獨立的節點，并使其通過一條具有零阻抗和零電抗的虛擬支路與配電網相連（如圖1中虛線所示）。

2.2 改進算法過程描述

結合前推回代方法框架，改進算法描述如下：

1） 讀取系統原始數據，形成節點電抗矩陣，給定最大迭代次數。

2） 設定所有負荷節點和PQ型DG的P，Q為給定值，其電壓初值為基準電壓；設置PV型DG節點的P，V為給定值，其無功初值為上下限值的1/2；設置PQ（V）型DG節點的P為給定值，電壓為基準電壓，無功初值為基準電壓函數計算值。

3） 進行前推回代計算時，從線路最末端開始，以初值電壓和功率為已知條件，計算支路首端功率，依此類推，到電源節點為止；從電源節點開始，以首端功率和首端電壓為已知條件計算末端電壓，依此類推，直至線路最末端。

4） 獲取各節點電壓，然后對PV，PQ（V）型DG的無功功率進行調整。

5） 重置PV型DG節點以及其相連節點的電壓為給定初值，進行下一次迭代計算。

6） 校驗電壓差值是否滿足計算精度要求，滿足則迭代收斂，轉步驟7）；否則，判斷是否滿足最大迭代次數要求，若滿足則轉7），不滿足則轉步驟3）。

7） 計算結束，輸出潮流計算結果。

3 算例仿真分析

為驗證分析算法的有效性和收斂性，采用IEEE33節點配電系統進行計算。系統母線電壓取10.5 kV，收斂精度為0.001，系統如圖2所示。

3.1 含PQ型DG的配電網潮流計算

分別在節點10，14，18處加入容量為500+j400 kV·A的DG，1-18單數節點的電壓（kV）計算結果見表1。

在節點16分別加入容量為200+j160，400+j320，600+j480 kV·A的DG，計算結果見表2。

由表1和表2可得出以下結論：1） 沒有DG加入時，多個節點電壓已經越過安全運行的下限，DG投入運行提高了系統電壓水平；2） 在DG容量相同的情況下，位置越靠近線路末端，對線路電壓分布的影響越大；3） 在位置相同的情況下，DG的容量越大，整體電壓水平就越高。

3.2 含PV型DG的配電網潮流計算

分別在節點10，14，18處加入有功功率恒定600 kW的DG，計算結果見表3。

在節點16分別加入有功為400，600，800 kW的DG，計算結果見表4。

由表3和表4可得出以下結論：1） 與PQ型DG相同，PV型DG同樣能夠提高系統的電壓水平；2） 將容量相同的DG放置在不同位置時，電壓分布差異較大。加入DG位置的電壓會保持在指定值，兩端電壓相應下降，但與不加入DG相比有顯著提高。位置相同時，不同容量影響很小。3） PV型DG的最優位置是饋線中部。

3.3 含PQ（V）型DG的配電網潮流計算

分別在節點10，14，18處加入有功功率恒定600 kW的DG，計算結果見表5。

在節點16分別加入有功為400，600，800 kW的DG，計算結果見表6。

由表5和表6可得出以下結論：1）PQ（V）型DG接入系統時，會使全網各負荷節點電壓得到提升，但其提升性能較弱。就接入位置來說，位置越靠近饋線末端，改善效果越好。2）于PQ（V）型DG容量變化對電壓提升效果影響較小。

3.4 各種情況的收斂分析

計算結果顯示：1） 沒有安裝DG時潮流計算的迭代次數為4次；2） 加入DG后，算法的收斂性與其安裝位置及容量有一定關系，經過4～7次迭代都能達到很高的計算精度。

4 結論

探討3種節點類型的分布式電源在前推回代潮流計算中的計算模型、無功調整方法、并網修改方案，在前推回代法的基礎上設計出一種適合各種DG的改進潮流算法。對3種類型DG在不同接入位置和接入容量時的配電網電壓分布仿真，全面分析、總結各種類型DG接入對配電網電壓的影響規律。仿真結果與理論分析情況相符，表明提出的改進前推回代算法具有較好的有效性，能夠滿足潮流計算要求，同時也具有良好收斂性和適應性，可為含分布式電源配電網潮流計算的相關研究提供參考。

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Abstract： Distribution network will be changed greatly when some distributed generations（DGs） are added into it. This makes traditional method of power flow calculation failed. Therefore， an improved method which based on traditional back/forward sweep algorithm will be presented in this paper. According to the technical features of PQ model， PV model and PQ （V） model， some modifications were made for meeting the requirements of the improved method， and then it raised the improved power flow calculation method based on the explanation of basic theory of back/forward sweep algorithm. In the end， plenty of simulations with IEEE 33 buses system were carried out to illustrate the performance of the proposed method， stated the influence of different types of DG to system voltage during the changes of insert position， capacity and layout， and verified the convergence of the method in various situations.

Key words： distributed generation； distribution network； power flow calculation； back/forward sweep