【正文】 發(fā)電能源可將分布式發(fā)電技術(shù)分為兩類 :一類為利用可再生能源的 DG,主要包括太陽能光伏、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能等發(fā)電形式 。另一類為利用不可再生能源的 DG,主要包括內(nèi)燃機、熱電聯(lián)產(chǎn)、燃動機、微型燃氣輪機、燃料電池等發(fā)電形式。目前 ,水力發(fā)電、生物質(zhì) 能發(fā)電屬于比較成熟的技術(shù) ,而風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、太陽熱發(fā)電、地?zé)峒俺毕l(fā)電等都屬于新興的發(fā)電技術(shù)。 ⑵ 并網(wǎng)接口技術(shù)若 DG 與電力系統(tǒng)相聯(lián) ,則可以根據(jù) DG 并網(wǎng)技術(shù)的類型分類 ,即直接與電力系統(tǒng)聯(lián)接 (機電式 )和通過逆變器與系統(tǒng)聯(lián)接兩大類。若 DG 是旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機 ,直接發(fā)出工頻交流電則可直接并網(wǎng) ,例如小型燃氣輪機組發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、水力發(fā)電、太陽能發(fā)電等都是旋轉(zhuǎn)型發(fā)電機形式 。而逆變器型 DG 通常指的是將直流電經(jīng)逆變器得到交流電再并網(wǎng)的 DG(如風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃料電 池及各種儲能技術(shù) )和發(fā)出高頻交流電的 DG(微透平機組 )。 研究的背景及意義 現(xiàn)在全世界的供電系統(tǒng)是以大機組、大電網(wǎng)、高電壓為主要特征的集中式單一供電系統(tǒng)。雖然全世界 90%的電力負荷都由這種集中單一的大電網(wǎng)供電，但是當(dāng)今社會對能源與電力供應(yīng)的質(zhì)量與安全可靠性的要求越來越高，大電網(wǎng)由于自身的缺陷已3 經(jīng)不能滿足這種要求 [5]。由于大電網(wǎng)中任何一點產(chǎn)生的故障都有可能對整個電網(wǎng)造成較大影響，嚴重時會引起大面積停電甚至是全網(wǎng)崩潰，造成災(zāi)難性后果，這樣的事故在國外時有發(fā)生，而且這種大電網(wǎng)又極易受到戰(zhàn)爭或恐怖勢力的 破壞，一般的軍事打擊都把摧毀大電廠或電站作為主要目標(biāo)之一，一旦大電網(wǎng)受到破壞將嚴重危害國家的安全 [6]，另外集中式大電網(wǎng)還不能很好的解決跟蹤電力負荷變化的問題，而為了短暫的峰荷建造發(fā)電廠其花費是巨大的，經(jīng)濟效益也非常低。根據(jù)西方國家的經(jīng)驗：大電網(wǎng)系統(tǒng)和分布式發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合是節(jié)省投資，降低能耗，提高系統(tǒng)安全性和靈活性的主要方法。 集中式與分布式有機結(jié)合 21 世紀(jì)能源工業(yè)的重要發(fā)展方向。在歐洲，分布式能源已不是新技術(shù)。而在我國，隨著經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，我國集中式供電網(wǎng)的規(guī)模迅速膨脹。這種發(fā)展所帶來的安全性問題不容 忽視。由于各地經(jīng)濟發(fā)展很不平衡，對于廣大經(jīng)濟欠發(fā)達的農(nóng)村地區(qū)來說，特別是農(nóng)牧地區(qū)和偏遠山區(qū)，要形成一定規(guī)模的、強大的集中式供配電網(wǎng)需要巨額的投資和很長的時間周期，能源供應(yīng)嚴重制約這些地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展。而分布式發(fā)電技術(shù)則剛好可以彌補集中式發(fā)電的這些局限性。在我國西北部廣大農(nóng)村地區(qū)風(fēng)力資源十分豐富，比如內(nèi)蒙古已經(jīng)形成了年發(fā)電量 1 億千瓦時的電量，除自用外，還可送往北京地區(qū)，這種無污染綠色能源可以減輕當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境污染。在可再生能源分布式發(fā)電系統(tǒng)中的除風(fēng)力發(fā)電外，還有太陽能光伏電池、中小水電等都是解決我國偏遠地區(qū)缺電的 良好辦法 [8]。因此，應(yīng)引起足夠的重視。 縣城配電網(wǎng)現(xiàn)狀 近幾年國家持續(xù)對縣域配電網(wǎng)的改造進行投入，使得部分縣城配電網(wǎng)的安全及供電可靠性有了很大的提高。但是就目前而言，總體上縣域配電網(wǎng)絡(luò)仍然存在以下問題：① 電源點不足且分布不合理，導(dǎo)致供電半徑大。由于早期整體規(guī)劃不合理造成 10kV配電網(wǎng)的布局和電源點位置不合理，隨著城區(qū)建設(shè)發(fā)展，用戶數(shù)量和負荷的日益增加，配電網(wǎng)不斷延伸和擴展，導(dǎo)致電源點與負荷中心產(chǎn)生偏離，對城市配電網(wǎng)在供電運行的經(jīng)濟性與 質(zhì)量造成嚴重影響。 ② 設(shè)備陳舊、技術(shù)落后、線路故障率高、供電可靠性降低。城區(qū)配網(wǎng)線路基本上是架空線路，以架空裸導(dǎo)線為主。線徑小，設(shè)備運行年限長，自動化程度低，特殊天氣故障率高。尤其是低壓線路，問題突出，像線徑小、分支亂、供電半徑長等。尤其下戶線易燒斷，導(dǎo)致一系列的維修量增加、維修時間增4 長，安全性得不到保障。 ③ 供電范圍不明顯、互送能力差、同桿架設(shè)回路數(shù)多、停電范圍大且時間長、重復(fù)建設(shè)嚴重、 管理比較困難。目前，縣級城區(qū)供電線路交叉較多，供電范圍不能分片、分區(qū)供電。線路之間互導(dǎo)能力差，只能進行一些范圍小、負荷輕的簡單操作，尤其是變電所出線部分，由于回路數(shù)過多，若發(fā)生設(shè)備故障或遇到檢修情況，會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)供電區(qū)域長時間、大面積的停電情況。 ④ 公用配電變壓器負荷重、配電網(wǎng)無功補償不足、電壓質(zhì)量差。目前縣級地區(qū)公用配電變壓器容量大多為桿上 400kVA 配變，小區(qū)基本上是各類箱式變壓器，容量最大不超過 800kVA，有的公用配變下用戶數(shù)較多，使部分公用配 變超負荷運行，造成電壓質(zhì)量差，甚至燒毀變壓器。無功補償方面，在城區(qū)無論是 10kV 線路或是低壓線路，無功補償都較少，另外自動投切型無功補償裝置尚未被廣泛應(yīng)用，因而系統(tǒng)功率因數(shù)相對較低，對城區(qū)電網(wǎng)的經(jīng)濟運行造成嚴重影響。 國內(nèi)外進展 分布式發(fā)電系統(tǒng)的潮流計算這個課題隨著分布式發(fā)電系統(tǒng)的推廣而日益被重視。潮流計算是電力系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)，對于一個新出現(xiàn)的系統(tǒng)，必須在考慮新的元件，新的問題的前提下，改進傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)潮流算法，以得到適用于新系統(tǒng)的潮流算法，使之能準(zhǔn)確，方便的為新系統(tǒng)的分析所運用。對于分布式發(fā) 電系統(tǒng)也是一樣，分布式發(fā)電系統(tǒng)較之傳統(tǒng)的配電網(wǎng)系統(tǒng)，有很多的不同點，而影響到傳統(tǒng)潮流算法的應(yīng)用的難點，主要集中在對分布式電源的建模及其在潮流算法中的處理方法上。許多文獻從不同的角度嘗試對這個問題進行了分析，也積累了許多經(jīng)驗。 本世紀(jì)之前和世紀(jì)之初進行的關(guān)于分布式發(fā)電系統(tǒng)潮流計算的研究，一般是將分布式電源簡化成一種節(jié)點類型，將其代入傳統(tǒng)的潮流計算中。一般的簡化處理有，將同步發(fā)電機處理成如 PQ 節(jié)點，即用一個三相平衡的電壓源接同步發(fā)電機三相阻抗所形成的功率輸出恒定的模型，而在能處理 PV 節(jié)點的算法中，也可以將 其直接處理成有功輸出和電壓幅值恒定的 PV 節(jié)點；而對異步發(fā)電機，雖然其吸收的無功是隨該點的電壓幅值而改變的，但在配電網(wǎng)中，各點的電壓標(biāo)幺值基本都在 附近，因此可以近似認為異步發(fā)電機的吸收無功恒定，將其處理成 PQ 節(jié)點。如文獻 [9]中，將分布式電源處理成 PQ 節(jié)點并用牛頓法解潮流。文獻 [10]將同步發(fā)電機和異步發(fā)電機都看成 PQ 節(jié)點，形成了適用于潮流計算和短路電流計算的模型，值得一提的是，該文是5 第一篇考慮了三相不平衡問題的關(guān)于分布式發(fā)電系統(tǒng)潮流問題的文章。而文獻 [11]則將分布式電源處理成 PV 節(jié)點，并用牛頓法計算了單相潮流。文獻 [12]是在這時期的文獻中，分析的分布式電源類型較全的一篇，文中分別對同步發(fā)電機，異步發(fā)電機和與電力電子裝置相連的分布式電源進行建模，根據(jù)所在節(jié)點的電壓值，計算出參與迭代的節(jié)點功率值，將分布式電源近似處理成 PQ 節(jié)點，并且考慮到分布式發(fā)電系統(tǒng)中出現(xiàn)的逆向潮流，增加了對適用于逆向潮流的電壓調(diào)節(jié)器的建模，最后用前推 回代法實現(xiàn)了單相潮流的計算。 研究分布式電源對配網(wǎng)電壓影響的方法 分布式電源接入配電網(wǎng)絡(luò)影響電壓大小的因素 一定容量的分布式發(fā)電接入配電網(wǎng) 絡(luò) ,會對饋線上的電壓分布產(chǎn)生重大影響。具體影響的大小 ,與分布式發(fā)電的總?cè)萘看笮?、接入位置及功率因?shù)有關(guān)。傳統(tǒng)配電網(wǎng)一般呈輻射狀 ,穩(wěn)態(tài)運行情況下，電壓沿饋線的潮流方向逐漸降低。接入 DG 后 ,在穩(wěn)態(tài)情況下 ,由于饋線上的傳輸功率減少以及 DG 輸出的無功支持 ,使得沿饋線的各負荷節(jié)點處的電壓有所提高。而電壓被抬高多少與接入的 DG 的位置、總?cè)萘康拇笮〖捌涔β室驍?shù)有關(guān)。 以往的研究方法 隨著分布式電源在電力系統(tǒng)中所占比例的不斷擴大 ,研究分布式發(fā)電對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行的影響勢在必行。分布式電源接入電網(wǎng)會使系統(tǒng)電壓產(chǎn)生變化 ，針對分布式電源接入后對系統(tǒng)電壓所造成的影響 ,之前已有人利用靈敏度分析方法進行分析計算，也有人提出利用短路比和剛性率來評估分布式電源對配網(wǎng)供電電壓質(zhì)量影響的方法， 但以上方法都沒有完整的從各方面分析。 具體有： （ 1）牛頓類配電網(wǎng)潮流計算方法 牛頓類潮流計算方法主要有牛頓 拉夫遜潮流計算方法和快速分解潮流計算方法。 1） 牛頓 拉夫遜法 自 60 年代稀疏矩陣技術(shù)應(yīng)用于牛頓法以來，經(jīng)過幾十年發(fā)展，已經(jīng)成為求解電力系統(tǒng)潮流問題的最廣泛的一種方法。 6 當(dāng)以節(jié)點功率為注入量時，潮流方程為一組線性方程，牛頓法為求解非線性組最有 效的方法之一。牛頓法的極坐標(biāo)方程為： ( c o s s in )( s in c o s )i i i j ij ij ij ijiji i i j ij ij ij ijijP P U U G BQ Q U U G B??????? ? ? ?? ? ? ???????? （ 11） 對（ ）進行泰勒展開，取一次項，即可得到牛頓 拉夫遜潮流算法的修正方程組。 PJQUPPQJQ QU???? ? ?? ? ? ??? ?? ? ? ???? ? ? ? ?????????????? ????? ?????? ???? （ 12） 式中： P? ， Q? 為潮流方程的殘差向 量， ?? , U? 為母線的電壓修正量， J為雅克比矩陣。 2） 快速分解法 快速分解法是計算機實踐的產(chǎn)物。 1974 年 Stott 發(fā)現(xiàn)在各種 PQ解耦方法中，有功相角修正方程的系數(shù)矩陣用 B? 代替，無功電壓修正方程的系數(shù)矩陣用 B?? 代替，有功無功功率偏差都用電壓幅值去除，這種版本的算法收斂性最好 [19]。 B? 是用 1/x為支路電納建立的節(jié)點電納矩陣， B?? 是節(jié)點導(dǎo)納矩陣的虛部。 Stott 稱這種方法為快速分解法，快速分解法潮流迭代公式可以寫為： 1111139。39。 ( , )39。 ( , )k k kk k kk k kk k kU B Q UU U UB P U???? ? ???????? ? ? ??? ? ???? ? ? ???? ? ? ? (13) （ 2） 母線類配電網(wǎng)潮流計算方法 此類算法有 Zbus 方法和 Ybus 方法，這兩類算法本質(zhì)上是一致的。 Zbus 算法如下： 1）計算當(dāng)根節(jié)點獨立作用于整個配電網(wǎng) 而且所有的等值注入都斷開的情況下，母線 j的電壓： 7 , 0 ,39。 sj s jUUZZ?? (14) 式中： US 為根節(jié)點電壓， Z∑ 為網(wǎng)絡(luò)的等值阻抗， Zo,j 為待求點的等值阻抗。 2）計算母線 j的等值注入電流 I”j 3）計算只有等值注入電流作用時的母線電壓： 39。39。 39。39。U ZI? (15) 4）應(yīng)用迭加原理： 39。 39。39。newU U U?? (16) 式中： 39。 ,1 , 2 ,39。 [ , 39。 , ..., 39。 ]Ts s s nU U U U? 5)檢驗迭代收斂條件： new oldUU ??? () 直到 迭代條件滿足，停止計算，不滿足繼續(xù)迭代， Uold 代表上次迭代得到的電壓。 （ 3） 支路類配電網(wǎng)潮流計算方法 基于支路類的潮流計算方法： 在輻射狀的配電子網(wǎng)中，對于支路 bj 有： ()j i j j jU U I R jX? ? ? () 如果支路 bj 的末點 Vj為末梢點，則該支路的電流 Ij等于流過末梢點的電流，也即等于該末梢點的電流，即等于該末梢點的負荷電流 IL,j 即： ,j L jII? () 節(jié)點 vj的符合電流 IL,j 可表示為： , L j L jLjjP jQI U?? () 式中： PL,jjQL,j 為節(jié)點 vj 復(fù)荷功率的共軛； Uj為節(jié)點 vj 電壓的共軛。 如果支路 bj 的末點 vj不是末梢點，則支路電流 Ij 應(yīng)為該支路末點 Vj 電流和其所有子支路的電流之和： 8 ,j L j kkdI I I???? () 式中： d 為以節(jié)點 vj 為父節(jié)點的支路的集合。由末梢點向電源遞推就可以得到各支路的電流，再從電源點向末梢點回推就可以求得各節(jié)點電壓。 本論文的主要內(nèi)容 本文結(jié)合分布式電源出力變化、接入位置變化以及功率因數(shù)變化的試驗 ,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 ； 研究了 DG 接入放射狀鏈?zhǔn)脚潆娋W(wǎng)絡(luò)前后負荷節(jié)點電壓的變化 ； 針對輻射型配電網(wǎng) ,結(jié)合仿真算例 ,提出的的分層前推回代法進行 DG 接入后電壓分布的 潮流計算。 9 2 分布式發(fā)電對縣級配電網(wǎng)的電壓影響 分布式發(fā)電的并網(wǎng)問題 分布式電源 大部分都直接與地區(qū)電網(wǎng)相連 ， 地區(qū)電網(wǎng)要容納各種形式的分布式 電源，因 性能差異、容量不同、并網(wǎng)點不同、并網(wǎng)方式不同 對地區(qū)電網(wǎng)會造成不同影響，會存在幾個方面問題，具體如下 ： （ 1） 并網(wǎng)后的穩(wěn)態(tài)運行分析與控制 。 （ 2） 并網(wǎng)后的繼電保護 。 （ 3） 并網(wǎng)后的