【文章內容簡介】 柴油發(fā)電機。它的燃料和氧化劑是儲存在電池外的儲罐中，當燃料電池發(fā)電時，要不斷的向電池內注入氧化劑和燃料進行反應并排除反應產物，而且還要排出大量的廢熱來保持燃料電池工作溫度的穩(wěn)定程度。燃料電池只決定輸出功率的大小，而其儲能量則是由儲罐內的燃料與氧化劑的量來決定。適用于分布式電源應用的FC有質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)和固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)，其中SOFC發(fā)電效率最高，適用范圍最廣。燃料電池由陽極、陰極和電解質隔膜構成。燃料在陽極氧化，氧化劑在陰極還原，從而完成整個電化學反應。以石棉膜型氫氧燃料電池為例，在陽極，氫氣與堿中的OH在電催化劑的作用下，發(fā)生氧化反應生成水和電子： ()電子通過外電路到達陰極，在陰極電催化劑的作用下，參與氧的還原反應： （） 燃料電池的模型 燃料電池及其它儲能系統發(fā)出的是直流電，需要通過電壓源逆變器并網。：為電池輸出的直流電壓；為電池的內阻；為換流器的調節(jié)指數；為換流器點燃角（或超前角）；為換流器輸出的交流電壓；了為變壓器等值電抗；為系統母線電壓；與為電壓的相角，且滿足。幅值與有如下關系式：。由圖和式可以推出下式： () （）由公式()和()可得出以下結論：并網的燃料電池通過逆變器的控制參量、來控制有功和無功的輸出，因而燃料電池可處理成PV節(jié)點。但逆變器無功輸出是有上限的，當出現無功越限，則轉化為PQ節(jié)點來處理。 風力發(fā)電人類把風能作為能源用于碾磨谷物、抽水、船舶等機械設施提供動力已經有千余年的歷史。風能是一種重要的自然能源，也是一種巨大的、清潔的、永不枯竭的可再生能源。與傳統能源相比，風力發(fā)電不需要依賴礦物能源，沒有燃料價格的風險，所以其發(fā)電成本穩(wěn)定，沒有碳排放等環(huán)境成本壓力。大氣壓的高地形成了空氣流動，正是因為大氣壓的不穩(wěn)定性，使得風能具有隨機性并隨高度的變化而變化。如今，風能的主要應用是風力發(fā)電，風力發(fā)電是通過風力發(fā)電機組的運行實現風能到機械能，再到電能的轉換。因為海上風速通常高于內陸，近幾年來，海上風電將會扮演越來越重要的角色，其原因是風速對發(fā)電量影響極大，因而它是電量成本的主要決定因素。粗略的說，在風速為8m/s的地點開發(fā)風電場，電量成本約為風速為5m/s地點的1/3。下面分別介紹風機和風力發(fā)電機的模型。 風力發(fā)電的工作原理風力發(fā)電技術是將風能轉化為電能的發(fā)電技術，其工作原理是：風作用載風力機的葉片上產生轉矩，該轉矩驅動輪轂轉動，通過齒輪箱高速軸、剎車盤和連軸器再與異步發(fā)電機轉子相連，從而發(fā)電運行。 風力發(fā)電的模型風力發(fā)電的效能受風速大小、風力機葉片以及葉片受風面積等多個因素的影響。風力發(fā)電機輸出的機械功率為： ()式()中，是風力機的掃描面積(m2)；是風速(m/s)；是空氣密度(km/m3)； 是風力機的風能利用系數，為葉尖率比和葉片槳距角的函數，它表明風輪機從風中獲得的有用風能的比例。從公式()可以看出，理論上風力機產生的電力大小是與受風面積成正比，與風速的三次方成正比，其中和隨地理位置、海拔、地形等因素而變化。將風力發(fā)電機組的有功出力視為風速的函數，若給出風力發(fā)電場所在地的風速，可以近似得到風力發(fā)電場輸出的有功功率。在某一時刻對配電網進行潮流計算時，可以認為風力發(fā)電機組在該時刻的輸出功率為一由該時刻風速所決定的定值。在正常運行情況下，理想風力機吸收功率的特性可分為；當風速在啟動風速到額定風速范圍內為線性段，風功率隨風速增長而線性上升；當風速在額定風速到切出風速范圍內為水平段，風功率與風速無關，保持為常量。通過對風力發(fā)電機的合理控制，可以使發(fā)電機在一定的風速范圍內保持恒功率運行。風力發(fā)電機組按照發(fā)電機類型可分為三類：普通異步風機（無電力電子變頻器）、雙饋感應風機（采用部分功率電力電子變頻器）和多級同步風機（采用全功率電力電子變頻器）。（1）異步風機并網異步發(fā)電機自身沒有勵磁裝置，因而它沒有電壓調節(jié)能力。考慮到異步發(fā)電機在輸出有功功率的同時還要從系統吸收一定的無功功率，其吸收的無功功率大小與轉差率S和節(jié)點電壓U的大小密切相關，因而在潮流計算中既不能作為PQ節(jié)點也不能作為PV節(jié)點，需要特殊考慮。[30]，為定子電流(A)；為轉子電流(A)；為勵磁電流(A)；為轉差率；為發(fā)電機的節(jié)點電壓幅值；為轉子電阻()；為機械負載等效電阻()；為勵磁電抗()；為漏電抗()。由近似等效電路可以推出發(fā)電機輸出電磁功率的計算式和功率因數角正切公式，分別為： () ()式()中的為風力發(fā)電機發(fā)出的有功功率。()中的轉差率可由式()推出 ()當風速給定時，根據風力發(fā)電機的有功功率輸出特性可以確定出有功功率，由式()和()知，無功功率可由式()求出 ()由此公式()可知，異步發(fā)電機節(jié)點類型具有如下特點：發(fā)出的有功功率是確定值，而無功功率則與機端電壓有關。本文在潮流計算中將這種電源節(jié)點定義為電壓靜特性節(jié)點，即：P恒定，V不定，Q受P、V限定的PQ(V)型節(jié)點。（2）雙饋感應風機和多級同步并網雙饋感應機因它的發(fā)電機定子直接饋入電網，轉子通過部分功率變頻器饋入電網而得名，它和同步風機均一起屬于變速恒頻的風電機組，可以通過變頻控制系統將發(fā)電機有功、無功功率實現解耦控制，從而調節(jié)改善風電場的功率因數和電壓穩(wěn)定性。因而，在潮流計算中二者可以作為PQ節(jié)點處理。第三章 配電網潮流計算 配電網潮流計算的概述 潮流計算就是采用一定的方法確定系統中各處的電壓和功率分布。電力系統的潮流計算和一般交流電路計算的根本差別是：后者已知電壓，待求電流，而前者是已知電壓，待求功率。而正是這一差距決定了二者本質上的區(qū)別：描述交流電路特性的方程，如節(jié)點電壓方程、回路電流方程，是線性方程，而描述電力系統穩(wěn)態(tài)運行特性的潮流方程卻是非線性方程。因為配電網線路中的R/X 比值偏大使得快速PQ解耦法潮流計算方法失效，所以人們根據輻射配電網的特點，提出了其他一些計算方法。常規(guī)算法主要有基于導納矩陣或回路阻抗矩陣的算法（牛頓 — 拉夫遜）算法、電源疊加法和追趕法，基于支路變量的潮流算法如支路電流回代法和支路功率前推回代法等。牛頓—拉夫遜法潮流算法有二階收斂特性，雖然在配電網潮流中它的收斂速度較快，但是，當導納矩陣階數較高的時候，初值敏感性問題會比較突出。電源疊加法每次求解時都要對各個電源逐一進行疊加，求解方式較為繁鎖。追趕法則用于導納矩陣主對角嚴格占優(yōu)情況下，無收斂性問題、矩陣存儲方便、占內存少、求解快速，但是不能直接求解復雜的環(huán)網。前推回代法則具有編程簡單、沒有復雜的矩陣運算、計算速度快、占用計算機的資源很少、收斂性好等特點，適用于在實際配電網中的實際應用。配電網潮流算法是配電網網絡分析的基礎。配電網的網絡重構、故障處理、無功優(yōu)化和狀態(tài)估計等都需要用到配網潮流的數據。配電網的潮流計算同時也是研究配電網穩(wěn)態(tài)運行的一項基本運算。根據給定系統的網絡結構和運行條件可以確定整個系統的運行狀態(tài)：主要是各個節(jié)點的電壓（幅值和相角），網絡中功率分布及功率損耗等。它既是對配電網規(guī)劃設計和運行方式進行定量分析的依據，也是電力系統靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定計算的基礎。 配電網潮流計算的基本要求 配電網潮流計算一般要滿足下例要求：1．可靠收斂；2．計算速度快；3．使用方便靈活，調整和修改容易，可滿足工程上的需求；4．內存占用量少等。由于配電網的收斂問題比較突出，因此對配電網的潮流算法進行評價時，首先看它能否可靠收斂，然后在此基礎上可對計算提出進一步要求。對于一個有N個節(jié)點、b條支路、m個獨立環(huán)路的配電網絡來說，其滿足b=N－m+1，如果此配電網是全放射性的即不含環(huán)路，則m=0，b=N－1。配電網的首節(jié)點是電源點，一般作為參考節(jié)點，這樣獨立節(jié)點個數為n=N－1。道路在回路分析法中是一個很重要的概念，一個節(jié)點的道路是指節(jié)點沿樹到根所經過的路徑上的支路集合，其具有以下特性：對于一個給定的樹，節(jié)點的道路是唯一的，且節(jié)點的道路只有樹支支路組成。用道路樹支關聯矩陣 T（簡稱道路矩陣）描述道路的，T（I,j）是一個nb階矩陣，假定道路的方向都是從電源點指向各節(jié)點，各支路方向與道路方向相同，如果支路 j 在道路 i 上，則T（I,j）=1，反之T（I,j）=0。把配電網中的聯絡線路看成連支，并規(guī)定連支方向為回路方向，則可形成 mb 階回路矩陣 B，如果支路 j 在回路 i 上且與回路方向相同 B（I,j）=1，如果支路 j 在回路 i 上且與回路方向相反 B（I,j）=1如果支路 j 不在回路 i 上 B（i，j）=0。為了更好說明，基于圖1來建立道路和回路矩陣。從根節(jié)點（電源點）出發(fā)，采用深度優(yōu)先搜索算法對節(jié)點進行編號。圖中圈內數字表示節(jié)點編號，各支路上的數字為該支路編號，小括號內的為回路編號，虛線表示的支路為聯絡線路，fg為各節(jié)點負荷電流，n1階?；谇笆龅脑瓌t建立的道路和回路矩陣見公式（）和（）（左邊列數字分別為節(jié)點和回路編號）。 圖 選定樹支和連支的網絡 （） （）道路矩陣 T 可分為兩部分，與樹支關聯的子矩陣 Tt，與連支關聯的子矩陣 Tl。Tt 是一個下三角陣，而由于連支不屬于任何一條道路，故 Tl=0。同樣回路矩陣也可以分為與樹支關聯的矩陣 Bt 和連支關聯的矩陣 Bl，由于連支方向與回路方向一致，則Bl=I，即為單位陣。這個結果可以推廣到任何一個網絡，即針對任何一個網絡，其道路矩陣和回路矩陣可以簡寫為： （） （） 設定支路電流為 fb（b1 階），其中樹支電流定義為 ft（n1 階），連支電流定義為 fl（m1 階），可知 fl 也就是回路電流，即： （）支路電流節(jié)點注入電流和回路電流之間的KCL公式可表示為（上標T表示矩陣轉置）： （）把公式（)到（）代入公式（）中可得： （）公式（）基于回路分析法給出了 ft