【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 絡(luò)發(fā)生改變。分布式電源一般在用戶(hù)側(cè)并網(wǎng),因此它的接入會(huì)改變系統(tǒng)負(fù)荷分布,主要有3種情況:①分布式電源出力小于任何節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷量,此時(shí)分布式電源的引入使配電網(wǎng)中所有線(xiàn)路的損耗減小。②分布式電源出力仍然小于系統(tǒng)負(fù)荷總量,但并非所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷量都大于分布式電源出力,這種情況下分布式電源的的并網(wǎng)仍可以減少系統(tǒng)總損耗,但有可能導(dǎo)致某些線(xiàn)路網(wǎng)損增加。③分布式電源出力大于系統(tǒng)負(fù)荷總量,但并非所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷量都小于分布式電源出力,這種情況下分布式電源對(duì)系統(tǒng)損耗的影響要分情況討論,若PsPDG2Ps。(PDG為分布式電源的總出力,Ps為系統(tǒng)負(fù)荷總量),則分布式電源的并網(wǎng)對(duì)線(xiàn)路網(wǎng)損的影響與情況b相同,若PDG2Ps,則會(huì)使線(xiàn)路網(wǎng)損增加[6]。由此可見(jiàn),分布式發(fā)電可能增大也可能減小系統(tǒng)損耗,這不僅和負(fù)荷有關(guān),同時(shí)還與分布式電源的容量和具體位置以及網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。(4)對(duì)系統(tǒng)繼電保護(hù)的影響一般認(rèn)為配電網(wǎng)中只有一個(gè)電源,當(dāng)線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí),故障點(diǎn)的故障電流只由電源提供。當(dāng)分布式電源并網(wǎng)后,改變了配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),使其變?yōu)槎嘣淳W(wǎng)絡(luò),發(fā)生故障時(shí),分布式電源也向故障點(diǎn)提供故障電流,使得故障電路大小和方向都發(fā)生改變,會(huì)導(dǎo)致原有的保護(hù)裝置發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)等,因此要改變線(xiàn)路保護(hù)裝置的配置。(5)對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響分布式電源對(duì)系統(tǒng)的可靠性影響要視情況而定。當(dāng)分布式電源作為備用電源,則對(duì)提高系統(tǒng)可靠性有利。當(dāng)其和配網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí),對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響取決于控制方式及其不同分布式電源的相互協(xié)調(diào)程度。本文將在第3章著重研究分布式電源接入后其對(duì)系統(tǒng)電壓分布的影響,在第4章將重點(diǎn)研究分布式發(fā)電帶來(lái)的電壓跌落問(wèn)題。 配網(wǎng)潮流計(jì)算 基于前推回代算法的配電網(wǎng)潮流計(jì)算本文所采用的配電網(wǎng)潮流計(jì)算方法是基于文獻(xiàn)[26]所提方法的。對(duì)于輻射型網(wǎng)絡(luò),前推回代法的基本原理是:(1)假定節(jié)點(diǎn)電壓不變,即令根節(jié)點(diǎn)為己知電壓幅值和相角的松弛節(jié)點(diǎn),初始化所有節(jié)點(diǎn)的電壓,等于根節(jié)點(diǎn)的電壓。已知網(wǎng)絡(luò)末端功率,由網(wǎng)絡(luò)末端向首端的方向計(jì)算各支路功率損耗和功率,依此推算網(wǎng)絡(luò)中的線(xiàn)路功率分布,最終得到根節(jié)點(diǎn)注入功率。(2)假定支路功率不變,利用已知的根節(jié)點(diǎn)(電源節(jié)點(diǎn))電壓,由網(wǎng)絡(luò)首端向末端計(jì)算各支路電壓損耗和節(jié)點(diǎn)電壓。如此不斷重復(fù)前推和回代兩個(gè)步驟,直至滿(mǎn)足收斂要求。前推回代法在每次前推迭代中由網(wǎng)絡(luò)的電壓求得潮流分布,回代迭代中由功率分布推算電壓的分布。 網(wǎng)絡(luò)層次構(gòu)造配電網(wǎng)絡(luò)從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上可看作是以電源點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。本文以一個(gè)12節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例說(shuō)明。圖21為一個(gè)12節(jié)點(diǎn)的樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò),其節(jié)點(diǎn)和支路編號(hào)為隨機(jī)編號(hào),與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。圖21 12節(jié)點(diǎn)樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)(1)形成支路層次矩陣L矩陣L行表示支路層次,矩陣L的非零元素分別表示各層的支路號(hào)和節(jié)點(diǎn)號(hào)。圖2l所示網(wǎng)絡(luò)中,支路共分為3層,即Ll~L3,支路9為第一層,支路10為第二層,支路11為第三層,因此其網(wǎng)絡(luò)層次矩陣L為:(2)形成節(jié)點(diǎn)層次矩陣N如上描述,圖21的節(jié)點(diǎn)層次矩陣N為:(3)形成支路層次關(guān)聯(lián)矩陣M支路首節(jié)點(diǎn)矩陣F和支路末節(jié)點(diǎn)矩陣T是為了描述網(wǎng)絡(luò)中支路與節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系而建立的。矩陣F和T的列表示支路111,矩陣中各元素分別表示各支路對(duì)應(yīng)的首、末節(jié)點(diǎn)號(hào)。所以矩陣F和矩陣T都是一維矩陣,元素個(gè)數(shù)等于支路數(shù),第i個(gè)元素就是支路i的送端(受端)節(jié)點(diǎn)編號(hào)。圖21所示網(wǎng)絡(luò)中支路送端節(jié)點(diǎn)矩陣F和受端節(jié)點(diǎn)矩陣T分別為:在樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,只有第1層支路沒(méi)有上層支路,其余的每條支路都只有1條與其直接相連的上層支路,該支路的頭節(jié)點(diǎn)就是與其直接相連的上層支路的尾節(jié)點(diǎn),根據(jù)矩陣F和矩陣T便可以很容易找到任意一條支路的上層支路,形成支路關(guān)聯(lián)矩陣M。若網(wǎng)絡(luò)支路數(shù)為b,則M為一個(gè)(bxb)的矩陣。當(dāng)支路i與支路j直接相連,且支路i是支路j的下層支路,支路j是支路i的上層支路時(shí),M第i行j列元素為1,否則為O。例如在矩陣F中找到首節(jié)點(diǎn)為7的支路1,在矩陣E中找末節(jié)點(diǎn)為7的支路5,就可以得到支路1的上層支路是支路5,則矩陣M的第1行第5列元素就是1,其余為O。圖21的支路層次矩陣M可以表示為:支路層次矩陣L和支路關(guān)聯(lián)矩陣M顯示了每條支路所處的層次和與這條支路直接相連的上下層支路。支路的電壓和功率可以利用這些信息,運(yùn)用前推回代法計(jì)算出來(lái)。 分層前推回代法前推時(shí),每條支路的功率都由該支路的下一層支路功率決定?；卮鷷r(shí),節(jié)點(diǎn)電壓都由上一層節(jié)點(diǎn)電壓決定。(1)功率前推: (2)電壓回代第1層回代到第L層,逐層更新支路受端節(jié)點(diǎn)的電壓,初始化根節(jié)點(diǎn)電壓,即第一層支路的送端節(jié)點(diǎn)電壓始終為1。計(jì)算公式為:計(jì)算各個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)相鄰兩次迭代電壓幅值差最大值,若滿(mǎn)足收斂條件,則停止計(jì)算,輸出結(jié)果。本文取:ε=le6,k=0。前推回代法潮流計(jì)算流程圖如圖22所示:開(kāi)始—網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析—輸入原始數(shù)據(jù)—計(jì)算各節(jié)點(diǎn)功率—計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓。圖22 前推回代法潮流計(jì)算流程圖 潮流計(jì)算下的分布式電源對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響初探本節(jié)通過(guò)潮流計(jì)算來(lái)初步分析分布式電源的接入對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響。潮流程序利用matlabm文件編制。所用算例為IEEE33節(jié)點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng),系統(tǒng)參數(shù)見(jiàn)文獻(xiàn)[12]。圖23 33母線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)要分析DG不同容量給系統(tǒng)電壓帶來(lái)的影響,首先我們考慮簡(jiǎn)單情況,固定DG的位置和數(shù)量。目前分布式電源多是作為輔助電源支持配電網(wǎng)的,并非配電網(wǎng)供電的主體,加之綜合考慮分布式電源的運(yùn)行成本及對(duì)配電網(wǎng)的影響,合理確定分布式電源個(gè)數(shù)。本節(jié)選定接入分布式電源的個(gè)數(shù)為2。在明確分布式電源接入數(shù)量的情況下,文獻(xiàn)[2]以配電網(wǎng)網(wǎng)損最小為目標(biāo),以電壓不越限、有功功率和無(wú)功功率平衡為約束條件,運(yùn)用遺傳算法求出分布式電源合理的接入位置與容量,本文利用文獻(xiàn)[11]得出的結(jié)果,通過(guò)改變?nèi)萘炕蛭恢梅治銎鋵?duì)系統(tǒng)電壓的影響。 DG容量對(duì)電壓的影響將DG放置在節(jié)點(diǎn)12和節(jié)點(diǎn)29,改變2個(gè)DG的出力(假定2個(gè)DG出力相同),可以隨機(jī)為總負(fù)荷的20%,40%,60%,80%,100%(保證同時(shí)接入兩個(gè)DG)。,滯后。DG出力改變見(jiàn)表21。表21 DG容量Matlab仿真結(jié)果圖24 DG容量不同對(duì)系統(tǒng)電壓的影響由圖24可以看出,隨著DG容量的逐漸增加,節(jié)點(diǎn)電壓也在隨著DG的容量增加而升高。 DG位置對(duì)電壓的影響保持每個(gè)分布式電源出力不變只改變它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中的位置。根據(jù)文獻(xiàn)[3],選擇較合適的DG容量,約為總?cè)萘康?0%。然后分別改變DG在系統(tǒng)中的接入位置,分析其對(duì)系統(tǒng)電壓的影響。為使結(jié)果更清晰,本次試驗(yàn)只選用一個(gè)DG接入,接入位置選擇比較有代表性的,即系統(tǒng)的首部、中部和尾部。表22 列出了DG的不同接入位置。Matlab仿真結(jié)果如圖25所示:圖25 DG位置不同對(duì)系統(tǒng)電壓的影響由圖25可以看出,總出力相同的分布式發(fā)電,分布在不同的位置,得到的電壓分布有較大的差異。DG越接近系統(tǒng)母線(xiàn),如節(jié)點(diǎn)2,對(duì)線(xiàn)路電壓分布的影響越小。DG接入末端節(jié)點(diǎn)時(shí),會(huì)造成該節(jié)點(diǎn)電壓局部升高過(guò)高,極有可能超過(guò)額定電壓。DG接入饋線(xiàn)中部,如節(jié)點(diǎn)19,局部極大電壓在線(xiàn)路中部出現(xiàn)。 DG功率因數(shù)對(duì)電壓的影響保持DG容量、位置都不變,即利用文獻(xiàn)「11]得出的網(wǎng)損最小的接法,接入節(jié)點(diǎn)129,容量為總負(fù)荷的40%,改變功率因數(shù)分析不同功率因數(shù)下的DG對(duì)系統(tǒng)電壓的影響。不同功率因數(shù)見(jiàn)表23。表23 DG不同功率因數(shù)Matlab仿真結(jié)果如圖26所示: 圖26 DG功率因數(shù)不同對(duì)系統(tǒng)電壓的影響由圖26可以看出,滯后功率因數(shù)對(duì)系統(tǒng)電壓的改善明顯要好于超前的功率因數(shù)。當(dāng)DG以超前功率因數(shù)接入時(shí),電壓變化不大,沒(méi)有起到改善電壓的作用,甚至出現(xiàn)了電壓下降。 本章小結(jié)分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行會(huì)對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)重大影響,本章首先介紹了其并網(wǎng)需要解決的問(wèn)題和其對(duì)配電網(wǎng)的影響。然后運(yùn)用潮流程序進(jìn)行分布式電源接入配電網(wǎng)后電壓分布的計(jì)算,對(duì)分布式電源接入輻射型配電網(wǎng)絡(luò)前后負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓的變化進(jìn)行了初步探究。由圖2226可以看出一定容量的分布式電源接入配電網(wǎng)絡(luò),會(huì)對(duì)饋線(xiàn)上的電壓分布產(chǎn)生重大影響,而具體影響的大小,與分布式發(fā)電的總?cè)萘看笮?、接入位置及功率因?shù)都有關(guān)。同時(shí)也可以看出分布式發(fā)電接入系統(tǒng)后,使得節(jié)點(diǎn)電壓被抬高,某些節(jié)點(diǎn)電壓嚴(yán)重超過(guò)上限,在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中會(huì)對(duì)用戶(hù)造成嚴(yán)重影響。而當(dāng)分布式電源退出時(shí),使得依靠DG支撐的饋線(xiàn)電壓下跌,同樣會(huì)帶來(lái)電能質(zhì)量問(wèn)題,所以DG并入配電網(wǎng)需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)壓。對(duì)分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響及其調(diào)壓?jiǎn)栴}將在第3章詳細(xì)分析。3 分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)電壓影響的仿真研究第2章中已經(jīng)利用潮流計(jì)算的方法在給定條件下,初步分析了分布式發(fā)電并網(wǎng)后對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓的影響,由于這些影響的大小又和分布式發(fā)電的容量、接入位置和功率因數(shù)有關(guān),木章將分別考慮這三方面因素,利用仿真的方法,詳細(xì)分析這些因素對(duì)電壓的影響。 仿真模型的建立分布式電源接入系統(tǒng)時(shí),根據(jù)其發(fā)電特性選用不同的并網(wǎng)技術(shù)。常用的并網(wǎng)方式有同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)和逆變器并網(wǎng)。本文的分布式電源采用同步發(fā)電機(jī)形式并網(wǎng),同時(shí)設(shè)其出力恒定,即不隨負(fù)荷的變化而變化。由于本文涉及的分布式電源容量較小,故可將其以PQ結(jié)點(diǎn)形式并網(wǎng)。該同步發(fā)電機(jī)通過(guò)變壓器連接到配電網(wǎng)上,它可以表示一個(gè)分布式電源或在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接的多個(gè)分布式電源[7]。(1)同步發(fā)電機(jī)原理同步電機(jī)原理結(jié)構(gòu)是:定子鐵心上嵌放三相對(duì)稱(chēng)繞組稱(chēng)為電樞,轉(zhuǎn)子是直流勵(lì)磁形式的恒定主磁場(chǎng)。同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí),由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以n(r/min)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),定子三相繞組切割旋轉(zhuǎn)的主極恒定磁場(chǎng)而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EA、EB、Ec,該電動(dòng)勢(shì)頻率f為:式(3l)表明,電機(jī)制成后,極對(duì)數(shù)p確定,則發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)頻率f與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n成正比。所以改變?cè)瓌?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n可以改變發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的頻率f(我國(guó)工業(yè)頻率規(guī)定為50Hz),所以產(chǎn)生50Hz的交流電,對(duì)不同極對(duì)數(shù)p的電機(jī),要求的原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不同。這種發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)頻率f與轉(zhuǎn)速n之間有固定關(guān)系的特點(diǎn),是同步電機(jī)的特征。(2)同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)為避免投入并聯(lián)瞬間發(fā)生電流、功率以及電機(jī)內(nèi)部機(jī)械力沖擊,投入并聯(lián)前,發(fā)電機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足下列條件:l)發(fā)電機(jī)電壓幅值與電網(wǎng)電壓幅值相等,且波形相同。2)發(fā)電機(jī)電壓相位與電網(wǎng)電壓相位相同。3)發(fā)電機(jī)電壓頻率與電網(wǎng)電壓頻率相等。4)發(fā)電機(jī)三相電壓相序等于電網(wǎng)三相電壓相序。四個(gè)條件中,“電壓波形是正弦形”制造廠(chǎng)已給予保證,三相相序己在出線(xiàn)上標(biāo)明(在規(guī)定轉(zhuǎn)向下)。這樣,投入并聯(lián)的操作,主要是調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓大小、頻率和相位,即調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流以改變發(fā)電機(jī)電壓大小,調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以改變發(fā)電機(jī)電壓頻率及合問(wèn)瞬間電壓的相位。(3)并網(wǎng)后功率輸出同步發(fā)電機(jī)電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩M是表征電機(jī)進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換能力的量,它們還可以表示為功率角的函數(shù),稱(chēng)為功角特性,或轉(zhuǎn)矩特性,用來(lái)分析發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后功率輸出關(guān)系。同步發(fā)電機(jī)在輸出一定的有功功率時(shí),功率角也同時(shí)確定,隨著功率角的確定,發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率也是確定的。當(dāng)勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)E0和端電壓U確定時(shí),發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率Q與功率角也有函數(shù)關(guān)系。調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)有功功率時(shí),發(fā)電機(jī)提供的無(wú)功功率會(huì)自動(dòng)相應(yīng)變化,這種變化能否滿(mǎn)足負(fù)載對(duì)無(wú)功功率的需求,則不確定,為此要進(jìn)行一定的無(wú)功調(diào)節(jié)。(4)并網(wǎng)后功率調(diào)節(jié)1) 有功功率調(diào)節(jié):并網(wǎng)后的發(fā)電機(jī)能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)的量只有兩個(gè):勵(lì)磁電流和原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。調(diào)節(jié)有功功率就要調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩(功率),改變同步發(fā)電機(jī)功角在調(diào)節(jié)有功功率的過(guò)程中,由于功角的改變,即使勵(lì)磁電流不變,無(wú)功功率的輸出也有改變。2) 無(wú)功功率調(diào)節(jié):通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流,即改變勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)E。,可以改變發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率。 配電網(wǎng)及負(fù)荷模型建立配電網(wǎng)的主要作用是分配電能,即將發(fā)電廠(chǎng)通過(guò)輸電網(wǎng)絡(luò)傳送來(lái)的電能分配給不同電壓等級(jí)的用戶(hù)。配電網(wǎng)按電壓等級(jí)可分為高壓配電網(wǎng)(35110kV)、中壓配電網(wǎng)(610kV和低壓配電網(wǎng)(220380V)。按供電區(qū)的功能可分為城市配電網(wǎng)、農(nóng)村配電網(wǎng)和工廠(chǎng)配電網(wǎng)[7]。本文配電網(wǎng)電壓等級(jí)為10kV。饋線(xiàn)中不同位置分布有若干負(fù)荷。實(shí)際配電網(wǎng)中的負(fù)荷具有種類(lèi)多,隨機(jī)性大等特點(diǎn),且負(fù)荷的有功和無(wú)功可能會(huì)隨時(shí)間發(fā)生改變,對(duì)于這樣的負(fù)荷一般較難確定其模型。為便于研究,木文所用負(fù)荷為恒功率靜態(tài)負(fù)荷模型。同時(shí),假設(shè)負(fù)荷三相對(duì)稱(chēng)。因電壓等級(jí)較低,配電線(xiàn)路長(zhǎng)度較短,三相線(xiàn)路間的互感也不予考慮。所有線(xiàn)路阻抗均折合到系統(tǒng)電壓等級(jí)。對(duì)配網(wǎng)進(jìn)行潮流分析時(shí),雖然配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨實(shí)際情況不同而多變,但在我國(guó)城鄉(xiāng)配電系統(tǒng)中,仍以放射狀鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)為主,這種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有接線(xiàn)可靠、保護(hù)整定容易、擴(kuò)容簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。本文研究的配網(wǎng)的電壓等級(jí)為10KV,屬于中壓配電系統(tǒng),變電站的每一回10KV出線(xiàn)為一條饋線(xiàn),同一條10KV母線(xiàn)可能會(huì)引出若干條饋線(xiàn)。一般情況下分布式電源容量較小,實(shí)際應(yīng)用中也是多接入規(guī)模較小的配網(wǎng)系統(tǒng)。因此本文以單饋線(xiàn)為模型是可行的。單饋