分布式電源混合并網的配電網潮流算法

文/王鵬 呂海霞 祁振華

近年來，隨著科技快速發展，各國相關學者開始加大對分布式發電技術進行全面探討，其中包含了分布式電源混合并網的配電網潮流算法。從分布式電源混合并網的配電網潮流算法角度來說，主要劃分為確定性潮流算法及概率性潮流算法兩種。其中，確定性潮流算法包含了高斯迭代法、牛頓拉夫遜法等，每個算法自身有一定優勢，也存在一些局限性。在分布式電源混合并網的配電網潮流算法分析過程中，即便對經典算法進行了適當改革，但是在改革效果上沒有充分發揮其應有的價值，特別是前推回代潮流算法，其性能特點沒有得到充分展現。基于此，通過采用配電網輻射狀結構，綜合思考各種類型配電網潮流算法形式，不但可以保留前推回代潮流算法優勢，同時也能提高其處理PV節點能力，對促進我國配電網發展有著較強意義。

1 分布式電源混合并網的配電網的意義

在人們生活水平不斷提高，社會經濟快速發展的環境下，人們在生產及工作中均需要得到電力支持，其已經成為促進國民經濟發展的重要因素。在當前社會發展中，電力系統供電能力隨著社會需求量增加而增大，大多數電能主要應用在科學技術、城市發展等方面。“生產、輸送、分配各個電力設備形成了一個完整的電力系統，其中包含發電、變電、輸電等全過程。配電網就是電力系統中配電環節，往往和負荷端充分連接，具備較多的結構形式。配電網直接和用戶端充分結合，確保電能傳遞質量，讓其電力系統中發揮自身作用。要想確保電能質量，配電網一般采用多種電力設備，因此，高效、穩定的配電網運行，對電力行業發展有著重要意義。隨著環境壓力增大，可用能源數量減少，加強清潔型能源應用已經成為今后電力行業發展必然趨勢。

通過采用分布式電源，可以更好滿足客戶對電力要求，確保電力質量，把輸電線路中電網消耗情況降至最低，自身具有改善環境，能源應用效率高等優勢。將其運用到傳統電力系統中，可以減少能源消耗，實現生態環境保護，對社會發展起到了現實性作用。

2 分布式電源種類分析

分布式電源也就是指功率是數千瓦至50MW 小型模塊式的、與環境兼容的獨立電源，其種類主要包含以下幾個方面。

2.1 太陽能發電

太陽能發電原理在于，通過半導體材料的作用下，形成一個完整的太陽能電池板，在吸收太陽光過程中，結合光電效應原理，把收集的太陽能轉變成電能，這種技術也就是光伏發電技術。在光伏發電技術中，其具備的優勢比較多，如減少燃料消耗，不會受到地域因素影響等。獨立型系統和并網型系統作為太陽能光伏系統中重要的類型形式，各自具有一定優勢和不足。其中獨立型光伏發電系統因為自身規模合理，靈活度強，可以應用在一些野外場所中。并網型光伏發電系統可以給配電網傳輸有功功率及無功功率，能夠直接和電力系統連接。

2.2 風力發電

風力發電作為一個把風能轉變為電能的發電形式，因為我國風能儲存量比較大，特別是針對西北區域而言，風能比較大，在西北區域建設了諸多風電基地。風力發電可以把風能轉變成電能，通過應用可再生能源，給人們日常生活、工作提供電力，是一種不會造成環境污染的清潔型能源。現階段，我國風力發電技術水平比較強，在新能源發電技術中，是一種發展比較成熟的技術。風力發電技術種類比較多，最終都是將風能轉變為電能。風機輸出功率往往受到風場風速影響。當前風力發電作為一種新能源發電技術，風能存在可持續發展特點，對我國未來電力工業發展有著較強的意義。

2.3 燃料電池發電

燃料電池主要指在化學反應的作用下，不經過燃燒直接把電化學反應轉變為電能的一種電源裝備，其化學反應中蘊藏大量能量。燃料電池實質在于通過應用燃料和氧化劑反應以后釋放大量能量，在這些能量帶動下進行發電。在外表上和畜電池之間沒有差別。燃料電池根據應用電解質類型，可以將其劃分成質子交換膜燃料電池、堿性燃料電池等諸多類型。通常情況下，燃料電池由兩部分組成，一個是陰極，另一個陽極。在氧化還原反應過程中，把氧氣和氫氣充分融合形成水，產生電能。電池陽極中附有大量氫離子，電子流入陰極和外電路以后形成一個完整電流回路，最后朝著外電路方向流動提供電能。

3 分布式電源混合并網的配電網潮流算法研究

3.1 前推回代計算處理

3.1.1 配電網潮流流向

在分布式電源融入到輻射式配電網以后，該網絡將會轉變成一個分布在整個互聯網絡中的電源，線路中有功功率及無功功率將會發生改變，出現潮流回流現象。在輻射路徑第n個負荷節點中，通過連接分布式電源，結合節點有功功率和分布式電源中有功功率之間關系，網絡有功潮流流向可以劃分三種。首先，在節點有功功率大于分布式電源有功功率的情況下，有功潮流流向將不會發生變化；其次，在節點有功功率小于分布式電源有功功率的情況下，負荷節點將會發生變化；在節點有功功率等于分布式電源有功功率的情況下，有功潮流流動變化為0。

3.1.2 節點模型處理

一定規模容量下的分布式電源成為了當前電網企業擴容主要選擇方式，根據接近負荷中心位置，在分布式電源選址過程中，需要綜合思考其直接和配電網負荷節點直接連接情況，讓原網絡潮流計算節點模型發生一定變化。在節點類型是PQ、PQ(V)等類型，在分布式電源連入到負荷節點i時，負荷節點i將會發生一定變化，并且轉變為和DG節點相同的類型，與此同時，還要更新節點注入功率。如果將流出節點功率方向看作為正方向，沒有連接DG前節點負荷功率是：SDGI=PDGI+QDGI，在接入DG以后，節點負荷初始功率變為：

根據上述公式可以得知，通過應用異步發電機的DG從電網中吸取無功功率，此時流出節點功率方向為正方向。

3.1.3 PV節點處理

在分布式電源融入到配電網中，并且引入PV、PQ(V)節點，需要在傳統推回代法潮流算法的作用下對其進行處理。但是在處理過程中，處理難度比較大。基于此，需要對PV節點處理流程重新修改。在每個PV沒電斷開的情況下，形成一個全新的網絡斷點和電源點斷，這時的新網絡呈現形狀為輻射狀。根據戴維南定理導致，從兩個斷點角度來說，斷點電壓幅值增量ΔU與電流幅值增量ΔI需要滿足[Z][ΔI]=[ΔU]公式要求，并且Z=R+jX應該是戴維南等值阻抗矩陣。因為配電網中各個節點電壓標幺值都要靠近于1.0，與此同時，相角通常比較小，可以忽略不計，所以，此時公式可以轉變為：

[Z][ΔS*]=[ΔU]

在公式中，ΔS*=ΔP-jΔQ為等值注入功率增量的共軛。

在計算出戴維南等值阻抗矩陣以后，需要核算出每次潮流計算迭代，結合上述公式利用電壓幅值偏差對PV節點進行無功修整。通過改進戴維南等值阻抗矩陣分析法，得出PV節點阻抗矩陣元素，通過網絡信息，獲取最終數值。

3.2 改進前推回代算法計算流程

在對各種類型分布式電源潮流模式進行分析的情況下，通過采用C++6.0方式編制新的前推回代算法，并且其中包含了諸多分布式電源混合并網的配電網潮流計算模式，算法流程如下：首先，輸入各種分布式電源電機組、網絡節點參數，根據傳入的參數進行節點類型判斷，檢測PV節點數量，通過采取網絡搜索方式形成一個完整的戴維南等值阻抗矩陣。其次，對網絡電壓進行初始化處理，置迭代次數設定為1，在核算前推回代傳輸功率過程中，需要把PV、PQ(V)節點轉變成恒功率負荷，并與普通PQ節點一同處理。在回代節點電壓計算過程中，測量出PV、PQ(V)節點及PI節點兩次迭代之間節點電壓數值，如果滿足收斂要求，并且PV節點迭代以后電壓和初始電壓幅值差滿足收斂要求，可以計算出收斂數值。最后，更新無功功率，根據上述流程計算出電壓更新數值，計算Pv節點變壓變化數值。

4 結束語

總而言之，結合各個分布式電源自身特性，把其等效的PV、PQ(V)節點計算出來，在計算過程中，應該把這些類型階段轉變成傳統前推回代法進行節點處理。與此同時，通過處理風力發電、太陽能發電、燃料電池等多種分布式電源配電網潮流計算問題，給分析分布式電源混合并網的配電網潮流算法提供了條件，從而保證計算活動進一步開展，獲取理想計算效果。