【文章內容簡介】 分布形式 ,線路潮流不再是單方向地從電源母線流向各個負荷 ,其大小和方向要取決于分布式電源的并網情況 ,因此線路損耗也較原來網絡發(fā)生改變。分布式電源一般在用戶側并網 ,因此它的接入會改變系統(tǒng)負荷分布 ,主要有3 種情況 :① 分布式電源出力小于任何節(jié)點的負荷量 ,此時分布式電源的引入使配電網中所有線路的損耗減小 。② 分布式電源出力仍然小于系統(tǒng)負荷總量 ,但并非所有負荷節(jié)點的負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仍可以減少系統(tǒng)總損耗 ,但有可能導致某些線路網損增加 。③ 分布式電源出力大于系統(tǒng)負荷總量 ,但并非所有負荷節(jié)點的負荷量都小于分布式電源出力 ,這種情況下分布式電源對系統(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)負荷總量 ),則分布式電源的并網對 線路網損的影響與情況 b相同 ,若 PDG2Ps,則會使線路網損增加 [ 6]。由此可見 ,分布式發(fā)電可能增大也可能減小系統(tǒng)損耗 ,這不僅和負荷有關 ,同時還與分布式電源的容 第 10 頁 量和具體位置以及網絡的拓撲結構緊密相關。 (4)對系統(tǒng)繼電保護的影響 一般認為配電網中只有一個電源 ,當線路發(fā)生故障時 ,故障點的故障電流只由電源提供。當分布式電源并網后 ,改變了配電網拓撲結構 ,使其變?yōu)槎嘣淳W絡 ,發(fā)生故障時 ,分布式電源也向故障點提供故障電流 ,使得故障電路大小和方向都發(fā)生改變 ,會導致原有的保護裝置發(fā)生誤動或拒動等 ,因此要改變線路保護裝置 的配置。 (5)對系統(tǒng)可靠性的影響 分布式電源對系統(tǒng)的可靠性影響要視情況而定。當分布式電源作為備用電源 ,則對提高系統(tǒng)可靠性有利 。當其和配網并網運行時 ,對系統(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調程度。本文將在第 3章著重研究分布式電源接入后其對系統(tǒng)電壓分布的影響 ,在第 4章將重點研究分布式發(fā)電帶來的電壓跌落問題。 配網潮流計算 基于前推回代算法的配電網潮流計算 本文所采用的配電網潮流計算方法是基于文獻 [ 26]所提方法的。對于輻射型網絡 ,前推回代法的基本原理是 :(1)假 定節(jié)點電壓不變 ,即令根節(jié)點為己知電壓幅值和相角的松弛節(jié)點 ,初始化所有節(jié)點的電壓 ,等于根節(jié)點的電壓 。已知網絡末端功率 ,由網絡末端向首端的方向計算各支路功率損耗和功率 ,依此推算網絡中的線路功率分布 ,最終得到根節(jié)點注入功率 。(2)假定支路功率不變 ,利用已知的根節(jié)點 (電源節(jié)點 )電壓 ,由網絡首端向末端計算各支路電壓損耗和節(jié)點電壓。如此不斷重復前推和回代兩個步驟 ,直至滿足收斂要求。前推回代法在每次前推迭代中由網絡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。 網絡層次構造 配電網絡從拓撲結構上可看 作是以電源點為根節(jié)點的樹狀結構。本文以一個 12節(jié)點系統(tǒng)為例說明。圖 21 為一個 12 節(jié)點的樹狀網絡 ,其節(jié)點和支路編號為隨機編號 ,與網絡結構無關。 第 11 頁 圖 21 12 節(jié)點樹狀網絡 (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和節(jié)點號。圖 2l所示網絡中 ,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 ,因此其網絡層次矩陣 L為 : (2)形成節(jié)點層次矩陣 N 如上描述 ,圖 21的節(jié)點層次矩陣 N 為 : (3)形成支路層次關聯矩陣 M 支路首節(jié)點矩陣 F和支路末節(jié)點矩陣 T是為了描述網絡中支路與節(jié)點的連接關系而建立的。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應的首、末節(jié)點號。所以矩陣 F和矩陣 T都是一維矩陣 ,元素個數等于支路數 ,第 i個元素就是支路 i的送端 (受端 )節(jié)點編號。圖 21所示網絡中支路送端節(jié)點矩陣 F和受端節(jié)點矩陣 T分別為 : 第 12 頁 在樹狀網絡結構中 ,只有第 1層支路沒有上層支路 ,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)點就是與其直接相連的上層支路的尾節(jié)點 ,根據矩陣 F和矩陣 T便可以很容易找到任意一條支路的上層支路 ,形成支路關聯矩陣 M。若網絡支路數為 b,則 M為一個 (bxb)的矩陣。當支路 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 ,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)點為 7的支路 1,在矩陣 E中找末節(jié)點為 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和支路關聯矩陣 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 ,運用前推回代法計算出來。 分層前推回代法 前推時 ,每條支路的功率都由該支路的下一層支路功率決定 。回代時 ,節(jié)點電壓都由上一層節(jié)點電壓決定。 (1)功率前推 圖 21的支路 : 第 13 頁 (2)電壓回代 第 1層回代到第 L層 ,逐層更新支路受端節(jié)點的電壓 ,初始化根節(jié)點電壓 ,即第一層 支路的送端節(jié)點電壓始終為 1。計算公式為 : 計算各個負荷節(jié)點相鄰兩次迭代電壓幅值差最大值 ,若滿足收斂條件,則停止計算 ,輸出結果。本文取 :ε =le6,k=0。前推回代法潮流計算流程圖如圖22所示 :開始 — 網絡結構分析 — 輸入原始數據 — 計算各節(jié)點功率 — 計算各節(jié)點電壓。 圖 22 前推回代法潮流計算流程圖 潮流計算下的分布式電源對配電網電壓的影響初探 本節(jié)通過潮流計算來初步分析分布式電源的接入對配電網電壓的影響。潮流程序利用 matlabm文件編制。所用算例為 IEEE33節(jié)點測試系統(tǒng) ,系統(tǒng)參數見文獻 [12]。 第 14 頁 圖 23 33 母線測試系統(tǒng) 要分析 DG不同容量給系統(tǒng)電壓帶來的影響 ,首先我們考慮簡單情況 ,固定 DG的位置和數量。目前分布式電源多 是作為輔助電源支持配電網的 ,并非配電網供電的主體 ,加之綜合考慮分布式電源的運行成本及對配電網的影響 ,合理確定分布式電源個數。本節(jié)選定接入分布式電源的個數為 2。在明確分布式電源接入數量的情況下 ,文獻 [2]以配電網網損最小為目標 ,以電壓不越限、有功功率和無功功率平衡為約束條件 ,運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 [11]得出的結果 ,通過改變容量或位置分析其對系統(tǒng)電壓的影響。 DG容量對電壓的影響 將 DG放置在節(jié)點 12和節(jié)點 29,改變 2 個 DG的出力 (假定 2 個 DG出力相同 ),可以隨機為總負荷的 20%,40%,60%,80%,100%(保證同時接入兩個 DG)。功率因數取 ,滯后。 DG出力改變見表 21。 表 21 DG 容量 Matlab仿真結果 第 15 頁 圖 24 DG 容量不同對系統(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)點電壓也在隨著 DG的容量增加而升高。 DG 位置對電壓的影響 保持每個分布式電源出力不變只改變它們在網絡中的位置。根據文獻 [3],選擇較合適的 DG容量 ,約為總容量的 40%。然后分別改變 DG在系統(tǒng)中的接入位置 ,分析其對系統(tǒng) 電壓的影響。為使結果更清晰 ,本次試驗只選用一個 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仿真結果如圖 25所示 : 第 16 頁 圖 25 DG 位置不同對系統(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 ,如節(jié)點 2,對線路電壓分布的影響越小 。DG接入末端節(jié)點時 ,會造成該節(jié)點電壓局部升高過高 ,極有可能超過額定電壓。 DG接入饋線中部 ,如節(jié)點19,局部極大電壓在線 路中部出現。 DG 功率因數對電壓的影響 保持 DG容量、位置都不變 ,即利用文獻「 11]得出的網損最小的接法 ,接入節(jié)點 129,容量為總負荷的 40%,改變功率因數分析不同功率因數下的 DG 對系統(tǒng)電壓的影響。不同功率因數見表 23。 表 23 DG 不同功率因數 Matlab仿真結果如圖 26所示 : 第 17 頁 圖 26 DG 功率因數不同對系統(tǒng)電壓的影響 由圖 26可以看出 ,滯后功率因數對系統(tǒng)電壓的改善明顯要好于超前的功率因數。當DG 以超前功率因數接入時 ,電壓變化不大 ,沒有起到改善電壓的作用 ,當功率因數為超前 ,甚至出現了電壓下降。 本章小結 分布式電源并網運行會對系統(tǒng)帶來重大影響 ,本章首先介紹了其并網需要解決的問題和其對配電網的影響。然后運用潮流程序進行分布式電源接入配電網后電壓分布的計算 ,對分布式電源接入輻射型配電網絡前后負荷節(jié)點電壓的變化進行了初步探究。由圖2 2 26可以看出一定容量的分布式電源接入配電網絡 ,會對饋線上的電壓 分布產生重大影響 ,而具體影響的大小 ,與分布式發(fā)電的總容量大小、接入位置及功率因數都有關。同時也可以看出分布式發(fā)電接入系統(tǒng)后 ,使得節(jié)點電壓被抬高 ,某些節(jié)點電壓嚴重超過上限 ,在實際運行當中會對用戶造成嚴重影響 。而當分布式電源退出時 ,使得依靠 DG 支撐的饋線電壓下跌 ,同樣會帶來電能質量問題 ,所以 DG并入配電網需要進行適當調壓。對分布式發(fā)電對配電網電壓的影響及其調壓問題將在第 3章詳細分析。 第 18 頁 3 分布式發(fā)電對配電網電壓影響的仿真研究 第 2章中已經利用潮流計算的方法在給定條件下 ,初步分析了分布式發(fā)電并網后對配電網系 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有關 ,木章將分別考慮這三方面因素 ,利用仿真的方法 ,詳細分析這些因素對電壓的影響。 仿真模型的建立 分布式發(fā)電的模型建立 分布式電源接入系統(tǒng)時 ,根據其發(fā)電特性選用不同的并網技術。常用的并網方式有同步發(fā)電機并網和逆變器并網。本文的分布式電源采用同步發(fā)電機形式并網 ,同時設其出力恒定 ,即不隨負荷的變化而變化。由于本文涉及的分布式電源容量較小 ,故可將其以 PQ 結點形式并網。該同步發(fā)電機通過變壓器連接到配電網上 ,它可以表示一個分布式 電源或在同一個節(jié)點連接的多個分布式電源 [7]。 (1)同步發(fā)電機原理 同步電機原理結構是 :定子鐵心上嵌放三相對稱繞組稱為電樞 ,轉子是直流勵磁形式的恒定主磁場。同步發(fā)電機運行時 ,由原動機拖動轉子以 n(r/min)的轉速旋轉 ,定子三相繞組切割旋轉的主極恒定磁場而感應電動勢 EA、 EB、 Ec,該電動勢頻率 f為 : 式 (3l)表明 ,電機制成后 ,極對數 p確定 ,則發(fā)電機電動勢頻率 f與轉子轉速 n成正比。所以改變原動機轉速 n可以改變發(fā)電機電動勢的頻率 f(我國工業(yè)頻率規(guī)定為 50Hz),所以產生 50Hz的交流電 ,對不同極對 數 p的電機 ,要求的原動機轉速不同。這種發(fā)電機電動勢頻率 f與轉速 n之間有固定關系的特點 ,是同步電機的特征。 (2)同步發(fā)電機的并網 為避免投入并聯瞬間發(fā)生電流、功率以及電機內部機械力沖擊 ,投入并聯前 ,發(fā)電機應 第 19 頁 滿足下列條件 : l)發(fā)電機電壓幅值與電網電壓幅值相等 ,且波形相同 。 2)發(fā)電機電壓相位與電網電壓相位相同 。 3)發(fā)電機電壓頻率與電網電壓頻率相等 。 4)發(fā)電機三相電壓相序等于電網三相電壓相序。 四個條件中 ,“電壓波形是正弦形”制造廠已給予保證 ,三相相序己在出線上標明 (在規(guī)定轉向下 )。這樣 ,投入并聯的操作 ,主要是調節(jié)發(fā)電機電壓大小、頻率和相位 ,即調節(jié)發(fā)電機勵磁電流以改變發(fā)電機電壓大小 ,調節(jié)原動機轉速以改變發(fā)電機電壓頻率及合問瞬間電壓的相位。 (3)并網后功率輸出 同步發(fā)電機電磁功率和電磁轉矩 M 是表征電機進行機電能量轉換能力的量 ,它們還可以表示為功率角的函數 ,稱為功角特性 ,或轉矩特性 ,用來分析發(fā)電機并網后功率輸出關系。同步發(fā)電機在輸出一定的有功功率時 ,功率角也同時確定 ,隨著功率角的確定 ,發(fā)電機輸出的無功功率也是確定的。當勵磁電動勢 E0 和端電壓 U確定時 ,發(fā)電機輸出的無功功率 Q 與功率角也有函數關系。調節(jié)發(fā)電機有功功 率時 ,發(fā)電機提供的無功功率會自動相應變化 ,這種變化能否滿足負載對無功功率的需求 ,則不確定 ,為此要進行一定的無功調節(jié)。 (4)并網后功率調節(jié) 1) 有功功率調節(jié) :并網后的發(fā)電機能夠進行調節(jié)的量只有兩個 :勵磁電流和原動機拖動轉矩。調節(jié)有功功率就要調節(jié)原動機輸入轉矩 (功率 ),改變同步發(fā)電機功角在調節(jié)有功功率的過程中 ,由于功角的改變 ,即使勵磁電流不變 ,無功功率的輸出也有改變。 2) 無功功率調節(jié) :