金昌錦,李少綱,陳端航

(福州大學電氣工程與自動化學院，福建 福州 350108)

分布式電源對弱環(huán)配電網(wǎng)電壓分布影響分析

金昌錦,李少綱,陳端航

(福州大學電氣工程與自動化學院，福建 福州 350108)

由于傳統(tǒng)前推回代法無法處理含弱環(huán)網(wǎng)的配電系統(tǒng)，基于疊加原理的改進型前推回代法對含分布式電源的弱環(huán)配電網(wǎng)進行潮流計算。以IEEE33節(jié)點配電系統(tǒng)為算例，研究分析接入分布式電源對輻射狀配電網(wǎng)和弱環(huán)配電網(wǎng)電壓分布的不同影響，并總結(jié)了分布式電源接入位置，出力大小對弱環(huán)配電網(wǎng)電壓支撐的程度。

分布式電源；弱環(huán)配電網(wǎng)；潮流計算；電壓分布

1 引言

分布式發(fā)電是指功率在幾十千瓦到幾十兆瓦范圍內(nèi)分布在負荷附近的清潔環(huán)保發(fā)電,設施能夠經(jīng)濟、高效、可靠地發(fā)電。分布式發(fā)電是區(qū)別于傳統(tǒng)集中發(fā)電，遠距離傳輸，大互聯(lián)網(wǎng)絡的發(fā)電形式。分布式電源的原動機可以是燃氣輪機、內(nèi)燃機、風輪機、太陽能光伏、燃料電池儲能等多種形式的能源轉(zhuǎn)換裝置。中小容量的分布式電源接入配電網(wǎng)絡后，極少正面參與電壓調(diào)節(jié)。

傳統(tǒng)的的配電網(wǎng)主要是閉環(huán)設計，開環(huán)運行。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，越來越多的配電網(wǎng)在運行時包含有弱環(huán)網(wǎng)并且有大量分布式電源接入，在配電網(wǎng)實際運行和優(yōu)化計算時，需要計算分段開關和聯(lián)絡開關閉合時的弱環(huán)網(wǎng)潮流，同時分布式電源的接入與弱環(huán)網(wǎng)同時存在會對配電網(wǎng)產(chǎn)生多種影響[1]。分布式發(fā)電的引入使得配電系統(tǒng)從放射狀無源網(wǎng)絡變?yōu)榉植加兄行⌒碗娫吹挠性淳W(wǎng)絡，也對配電網(wǎng)網(wǎng)損、電壓的分布及有功功率和無功功率的數(shù)量及傳輸方向均有很大影響。

分布式電源接入配電網(wǎng)后會對配電網(wǎng)運行產(chǎn)生影響，潮流計算是量化分析其影響的基本手段之一，文獻[1]結(jié)合分布式電源出力變化接入位置變化以及與線路電壓調(diào)節(jié)配合的試驗全面總結(jié)了分布式電源在配電網(wǎng)中接入位置出力限制等方面的運行規(guī)律；文獻[2]引入風力-太陽能混合發(fā)電系統(tǒng)的配電網(wǎng)的隨機潮流計算進行研究，建立了隨機潮流分析模型，把風力發(fā)電和太陽能發(fā)電系統(tǒng)處理為PQ節(jié)點類型。文獻[3]將常見的各種分布式電源歸結(jié)為PV 節(jié)點、PI 節(jié)點或PQ(V)節(jié)點，提出了基于牛頓法的配電網(wǎng)三相潮流計算方法。文獻[4]針對含有PV型分布式電源的弱環(huán)網(wǎng)提出了基于靈敏度阻抗矩陣的無功補償量計算方法來處理PV節(jié)點。文獻[5]在對風力發(fā)電機組、光伏發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池、蓄電池、高頻微型燃氣輪機及工頻熱電聯(lián)產(chǎn)機組的運行和控制性能詳細分析的基礎上，建立各種分布式電源潮流計算模型，考慮配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)問題，提出了改進型的前推回代法。但以上文獻都沒有對分布式電源接入弱環(huán)網(wǎng)時不同因素對電壓分布的影響情況進行詳細分析。

本文運用基于疊加原理的改進型前推回代法對含分布式電源的弱環(huán)配電網(wǎng)進行潮流計算，具體研究了分布式電源接入容量，接入位置對弱環(huán)網(wǎng)電壓抬升情況，總結(jié)了分布式電源接入對弱環(huán)配電網(wǎng)的影響。

2 計及DG的弱環(huán)配電網(wǎng)潮流算法

本文基于前推回代法，采用能處理弱環(huán)網(wǎng)和分布式電源的潮流計算方法[6]。運用基于疊加定理的改進型前推回代法處理弱環(huán)網(wǎng)：將弱環(huán)配電網(wǎng)在合環(huán)點處分解為兩個網(wǎng)絡，開環(huán)運行的純輻射狀網(wǎng)絡和僅有環(huán)路的純環(huán)狀網(wǎng)絡。純輻射狀網(wǎng)絡采用傳統(tǒng)前推回代法計算，純環(huán)狀網(wǎng)絡采用回路電流法計算。配電網(wǎng)中一般只包含平衡節(jié)點和給定有功功率P和無功功率Q的節(jié)點，本文為便于研究采用恒功率靜態(tài)模型來表示饋線上各節(jié)點的負荷。同時假設負荷三相對稱，因電壓等級較低，配電線路長度較短，三相線路間的互感也不予考慮，所有線路阻抗均折合到系統(tǒng)電壓等級。

3 基于疊加原理的改進型前推回代法實現(xiàn)

本文算法計算步驟如下：

(1)從數(shù)據(jù)庫中讀取節(jié)點數(shù)據(jù)，選取解環(huán)節(jié)點及環(huán)網(wǎng)所包含的節(jié)點，各個DG接入節(jié)點數(shù)據(jù)。

(2)初始化開環(huán)電壓V0和環(huán)路電流Il為0,各節(jié)點電壓初始值設為根節(jié)點電壓。計算環(huán)路總阻抗Z。

(3)計算包含DG節(jié)點的節(jié)點注入電流。

(4)回推計算各節(jié)點電流，將環(huán)路電流疊加到各個環(huán)網(wǎng)支路，前推求解節(jié)點電壓。

(5)檢查開環(huán)點電壓差及前后兩次迭代計算中節(jié)點電壓差是否滿足收斂判據(jù)，滿足則迭代結(jié)束，不滿足則更新環(huán)路電流Il返回步驟2繼續(xù)迭代。

4 仿真與算例分析

本文對含有弱環(huán)網(wǎng)及分布式電源的33 節(jié)點配電系統(tǒng)進行潮流計算，該系統(tǒng)的網(wǎng)絡參數(shù)見文獻[6]，原系統(tǒng)中有五處聯(lián)絡線，可以形成五個環(huán)網(wǎng)。本文選擇選擇其中的1號，2號和4號環(huán)網(wǎng)為例，并在環(huán)網(wǎng)內(nèi)設置分布式電源。功率基準值取S=10MVA，線電壓基準值U=12.66kV。分布式電源出力以及位置信息如表1所示，IEEE33節(jié)點配電系統(tǒng)如圖1。

表1 分布式電源的出力和位置信息[1]

圖1 33節(jié)點配電系統(tǒng)

4.1 DG接入對輻射狀配網(wǎng)電壓分布影響

自殺是一種復雜的社會現(xiàn)象，研究者可以從多個方面來理解和考察。在進化心理學的框架下，de Catanzaro(1991)提出的適應器理論激發(fā)了眾多的研究，值得感興趣的研究者予以關注。不過，這一理論依然還需要更多研究的檢驗，而感興趣的研究者可以在未來著重考慮以下幾個方面。

將33節(jié)點配電系統(tǒng)中的聯(lián)絡線開關全部打開，網(wǎng)絡為無環(huán)網(wǎng)的純輻射狀配電網(wǎng)。接入分布式電源，分布式電源容量及位置情況如表1所示。分布式電源接入對電壓分布的影響如圖2。

圖2 并入DGS前后饋線的電壓分布

從圖2可以看出DGS接入對輻射狀配電網(wǎng)饋線電壓起到了很大的抬升作用，最低的電壓節(jié)點值從0.9132 p.u.上升到了0.9501 p.u.。

4.2 含環(huán)網(wǎng)未接入DG時電壓分布

分別將網(wǎng)絡中1號，2號和4號聯(lián)絡線支路的開關閉合形成環(huán)網(wǎng)，進行潮流計算結(jié)果如圖3所示。

從圖中可以看出閉合環(huán)網(wǎng)1和2對電壓抬升作用較大，閉合環(huán)網(wǎng)4對電壓抬升作用不明顯，在合環(huán)點甚至出現(xiàn)電壓略微下降。這和合環(huán)點兩端電壓差密切相關，合環(huán)會把電壓水平拉至兩個原始合環(huán)節(jié)點電壓的中間值。因此恰當?shù)倪x擇合環(huán)點對改變電壓分布十分重要。

0,1,2,4對應所閉合的聯(lián)絡線

4.3 分布式電源出力變化對環(huán)網(wǎng)電壓分布影響

以僅接入環(huán)網(wǎng)2為例，其他網(wǎng)絡參數(shù)和負荷不變，分布式電源安裝位置不變，對接入的所有DG分別在0,33%,66%,100%出力時電壓分布情況如圖4所示。

0%，33%，67%，100%表示DG出力

從圖中可以看出DG出力大小直接影響?zhàn)伨€電壓分布，出力越大對饋線的電壓支撐作用越大。同時對于環(huán)網(wǎng)所在的1-11，18-21節(jié)點，DG接入容量越大，電壓變化越平穩(wěn)，電壓降越小。若DG接入容量過大則可能導致電壓越限。

4.4 分布式電源位置變化對環(huán)網(wǎng)電壓分布影響

同樣以環(huán)網(wǎng)2為例，其他網(wǎng)絡參數(shù)和負荷不變，DG出力不變，只改變DG在網(wǎng)絡中的位置。試驗的位置信息如表2所示。

試驗結(jié)果如圖5，圖6所示。

從圖5可以看出，總出力相同的分布式發(fā)電源分布在不同的位置組合，得到的電壓分布有著較大的差異，當大容量DG安裝位置遠離母線的時候，對節(jié)點電壓提升很大，甚至超過了1p.u.，從電壓支撐角度來看，曲線2的電壓支撐效果最好。

表2 DGS位置變化的信息

1,2,3對應表2中的編號

1,4,5對應表2中的編號

從曲線4可以看出大容量DG接入環(huán)網(wǎng)可以減少電壓抬升，使饋線整體電壓分布趨于平穩(wěn)。在不恰當?shù)奈恢媒尤隓G的電壓支撐會使得某些節(jié)點的電壓高于額定電壓(曲線5)。分布式發(fā)電的總?cè)萘吭酱螅瑒t接入節(jié)點的電壓越高，甚至高于送端系統(tǒng)母線電壓此時末節(jié)點的分布式發(fā)電退出運行線路末端的電壓變化幅度將過大。通常電壓極值點出現(xiàn)在線路首端，但當DG容量較大時，如曲線5所示，電壓極值也會出現(xiàn)在線路中部的接入節(jié)點。

當環(huán)網(wǎng)解環(huán)形成輻射狀配網(wǎng)且大容量分布式電源同時退出運行，環(huán)網(wǎng)和DG產(chǎn)生的電壓支撐同時消失，也會造成電壓驟降，對系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行構成威脅。

5 結(jié)論

本文基于弱環(huán)配電網(wǎng)絡，分布式恒功率靜態(tài)負荷結(jié)合多個仿真試驗說明分布式發(fā)電對配電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電壓分布的影響并得出如下結(jié)論：

(1)輻射狀配電網(wǎng)閉合聯(lián)絡線形成弱環(huán)網(wǎng)會對形成環(huán)網(wǎng)部分節(jié)點電壓起抬升作用。合環(huán)點電壓差越大，合環(huán)后對電壓較低的節(jié)點電壓提升越多。

(2)在環(huán)網(wǎng)存在的情況下，線路長度仍對電壓降有較大影響，線路長度較長的環(huán)網(wǎng)，電壓降仍舊較大。

(3)分布式電源對弱環(huán)網(wǎng)和輻射狀電網(wǎng)的電壓分布都有相當?shù)挠绊?，影響程度與分布式電源接入容量，位置，功率因數(shù)密切相關。

(4)弱環(huán)網(wǎng)對分布式電源帶來的電壓抬升有一定抑制作用，當較大容量分布式電源接入時可以考慮接入環(huán)網(wǎng)中以減小電壓升。

(5)弱環(huán)網(wǎng)解環(huán)時要考慮環(huán)內(nèi)是否存在大容量的分布式電源，否則解環(huán)的同時分布式電源解列，會導致電壓瞬間驟降，影響電網(wǎng)穩(wěn)定性。

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Analysis of the Distributed Power Supply to Weak Loop Distribution Grid Voltage Infuence

JINChang-jin，LIShao-gang，CHENDuan-hang

(College of Electrical Engineering and Automation,Fuzhou University，F(xiàn)uzhou 350108，China)

Because traditional back/forward sweep power flow calculation are not applicable to the weakly meshed distribution network，this paper calculated based on the superposition principle of improved back/forward sweep power flow calculation.IEEE33 node distribution system as an example，research and analysis of the different voltage profile between radial distribution network and weakly meshed distribution network，and summarizes distributed dower access locations，output power size influence the grid voltage.

distributed generation；weak meshed distribution system；flow calculation；voltage distribution

1004-289X(2015)03-0091-04

TM72

B

2014-05-05

金昌錦(1988-)，男，碩士研究生，研究方向為分布式能源與配電網(wǎng)； 李少綱(1962-)，男，副教授，碩導，研究方向建筑電氣； 陳端航(1989-)，男，碩士研究生，研究方向新能源應用。