【文章內(nèi)容簡介】 動態(tài)電能質(zhì)量控制 。 （ 4） 含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃 。 （ 5）無功優(yōu)化 。 （ 6） 無功優(yōu)化 。 （ 7） 電力市場環(huán)境 。 并網(wǎng)后的穩(wěn)態(tài)運行分析與控制 分布式發(fā)電并網(wǎng)相當于多個有限容量電源與近 似于無窮大電源并網(wǎng)運行 ,配電網(wǎng)(本文主要研究分布式發(fā)電并入配電網(wǎng)的情況 )結(jié)構(gòu)和運行方式都會發(fā)生改變。由于各分布式電源的出力方式和控制特性各不相同 ,例如風力發(fā)電、太陽能發(fā)電等電源出力具有隨機性 ,導致潮流的方向變化不定 ,己有確定性潮流不能描述電網(wǎng)的特征 ,必須建立各種分布式電源和負荷的概率模型 ,研究并網(wǎng)潮流的概率特性和概率潮流計算方法 ,建立新的電網(wǎng)分析與控制方法。 ① 電源的輸出特性與控制方式對潮流計算的方法和收斂特性有很大影響 ,需要研究合適的節(jié)點類型和收斂 性好的潮流計算方法 [4]。 ② 大量分布式電源接入電網(wǎng)后會帶來電能質(zhì)量問題 ,例如電壓波動、諧波等 ,同時分布式電源會改變無功功率的分布 ,使得現(xiàn)有電壓 /無功控制手段己經(jīng)不能滿足要求。電力電子技術的發(fā)展促進了 SVC、 STATCOM、 SSSC 等控制器的應用 ,如何綜合運用這些控制器協(xié)調(diào)地區(qū)電網(wǎng)各電壓等級的無功電壓分布需要進行研究 ,并針對分布式電源的隨機動態(tài)特性和分相、三相混合控制模式 ,建立地區(qū)電網(wǎng)的無功優(yōu)化和電壓控制模型與分析方法 [4]。 ③ 當分布式發(fā)電處于孤島運行狀態(tài)下時 ,發(fā)電和供電產(chǎn)生不平衡 ,且孤島電網(wǎng)中沒有電壓、頻率控制 ,用戶得到的電壓和頻率會產(chǎn)生嚴重波動 ,可能引起用戶設備損壞。因此分布式電源并網(wǎng)需要恰當?shù)目刂坪瓦M行合理的供電范圍劃分。此外分布式電源孤島運行時可能與系統(tǒng)不同步 ,重新并入電網(wǎng)時的同步控制也是研究重點。 ④ 分布10 式發(fā)電并網(wǎng)后原有電網(wǎng)具備了潮流優(yōu)化的條件 ,通過對網(wǎng)絡進行合理規(guī)劃 ,可以有效減少其他能源消耗 ,降低發(fā)電成本和損耗。如何使分布式 電源并網(wǎng)后達到最優(yōu)目標 ,和分布式發(fā)電容量及負荷有關。實際運行中 ,應尋找分布式發(fā)電的容量與負荷這兩組不相關的隨機變量之間的平衡條件 ,動態(tài)調(diào)度各分布式電源的容量 ,實現(xiàn)潮流優(yōu)化和經(jīng)濟調(diào)度。 并網(wǎng)后的穩(wěn)態(tài)運行分析與控制 ： ① 由于分布式發(fā)電并網(wǎng)運行增加了地區(qū)電網(wǎng)中感應電機的數(shù)量 ,同時電動機負荷增多 ,使得地區(qū)電網(wǎng)發(fā)生故障后可能會失去電壓穩(wěn)定 ,在控制和保護不完善時更容易發(fā)生。 ② 分布式電源的控制能力較地區(qū)電 網(wǎng)弱 ,勵磁調(diào)節(jié)范圍小 ,當達到其控制極限時 ,相當于勵磁系統(tǒng)失去調(diào)節(jié)能力。這種情況下 ,如果在電網(wǎng)處于峰荷期間 ,可能會因為小的擾動而引起分布式電源失去功角穩(wěn)定。在孤島系統(tǒng)中 ,由于分布式發(fā)電的出力和系統(tǒng)負荷都具有隨機性 ,如果它們出現(xiàn)不平衡 ,可能會導致電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定。 ③ 在分布式電壓并網(wǎng)前需要進行靜態(tài)安全分析。地區(qū)電網(wǎng)發(fā)生故障時 ,若分布式發(fā)電容量或接入點位置不合理 ,會使地區(qū)電網(wǎng)的可靠性降低。 并網(wǎng)后的 繼電保護 分布式發(fā)電并網(wǎng)后 ,會改變系統(tǒng)短路容量 ,使原有的繼電保護配置與保護方式不再適用 ,因此需要改變原有繼電保護方式或采取其他措施與原有保護裝置配合 ,實現(xiàn)電網(wǎng)運行方式變化后繼電保護再整定。 并網(wǎng)后的動態(tài)電能質(zhì)量控制 分布式電源并網(wǎng)運行后可能帶來一系列動態(tài)電能質(zhì)量問題 ,例如電壓跌落、電壓脈沖、瞬時供電中斷等 ,需要提出合理的控制措施來解決這些問題。 含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃 分布式發(fā)電的類型與規(guī)模多種多樣 ,運行特性也各不相同 ,從而對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響也不同 ,因此必須對分布式發(fā)電的類型、位置、容量進行規(guī)劃 ,綜合考慮系統(tǒng)網(wǎng)損、電壓、 繼電保護等方面 ,使電網(wǎng)的綜合性能達到最優(yōu)。 無功優(yōu)化 分布式電源并網(wǎng)后會吸收或發(fā)出無功功率 ,從而使原有電網(wǎng)中電壓和無功的分布復雜化 ,對無功和電壓控制也較原有網(wǎng)絡要求更高。新的控制裝置如 SVC、 STATCOM、11 SSSC、 VSCHVDC 等可被用來調(diào)節(jié)分布式電源并網(wǎng)后的無功和電壓。由于它們的功能各不相同 ,性能和成本差異較大 ,對其的選擇要根據(jù)電網(wǎng)實際情況而定 ,同時協(xié)調(diào)它們在調(diào)節(jié)電壓、優(yōu)化無功、提高電壓穩(wěn)定性方面的作用。 電力市場環(huán)境 各種分布式電源成本不同 ,品質(zhì)各異 ,并網(wǎng)后將對地區(qū)電網(wǎng)的運 營產(chǎn)生很大影響 ,會改變電力交易方式 :① 需要制定其與電網(wǎng)之間的供購電計劃 。而且完全由用戶本身承擔失電損失是不合理的 ,應確定失電損失的分攤對象、定量計算各對象分攤的失電損失。② 由于分布式發(fā)電技術仍處于研究初期 ,其成本依舊偏高 ,并網(wǎng)運行后也會給電網(wǎng)帶來一些負面影響 ,因此要建立起一套合理的電價體制和市場服務體制 ,既可以鼓勵發(fā)展分布式發(fā)電技術 ,尤其是利用綠色能源的分布式發(fā)電技術 ,同時也不損害電力公司 的利益 ,實現(xiàn)地區(qū)電網(wǎng)和分布式發(fā)電的和諧發(fā)展。 分布式發(fā)電對配電網(wǎng)的影響 分布式發(fā)電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)之間存在四種方式 :① 分布式發(fā)電獨立運行向附近用戶供電 。② 分布式發(fā)電系統(tǒng)獨立運行 ,但與地區(qū)電網(wǎng)之間有自動轉(zhuǎn)換裝置 ,在必要時支撐地區(qū)電網(wǎng) 。③ 分布式發(fā)電系統(tǒng)與地區(qū)電網(wǎng)并聯(lián)運行 ,但不向地區(qū)電網(wǎng)輸送電能 。④ 分布式發(fā)電系統(tǒng)與地區(qū)電網(wǎng)并聯(lián)運行 ,并向地區(qū)電網(wǎng)輸出電能。不同的運行方式有不同的特點和技術實現(xiàn)手段。 常見的分布式電源是直接接入配電系統(tǒng) (380V 或 10kV 配電系統(tǒng) )并網(wǎng)運行或采取獨立運行的方式 ,將分布式發(fā)電系統(tǒng)集成到現(xiàn)有的配電系統(tǒng)中 ,也是今后分布式發(fā)電的發(fā)展趨勢 [6]。分布式發(fā)電的接入對配電網(wǎng)的供電經(jīng)濟性和節(jié)點電壓、潮流、短路電流、網(wǎng)絡供電可靠性等都會帶來影響。 對電壓分布的影響 傳統(tǒng)配電系統(tǒng)為單電源輻射狀網(wǎng)絡 ,正常運行狀況下 ,沿饋線潮流方向 ,電壓逐漸降低。若設負荷運行 在恒功率模式下 ,系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時 ,分布式電源的接入會減少線路上實際的傳輸功率 ,有的分布式電源同時發(fā)出無功功率 ,對線路進行補償 ,從而使得線路負荷節(jié)點處的電壓升高。實際運行中 ,負荷的有功功率與無功功率往往不是固定不變的。線路負荷的變化會使得線路電壓發(fā)生改變 ,越接近線路末端 ,這種改變越大。有功12 與無功負荷隨時間的變化會引起系統(tǒng)電壓波動 ,朝線路末端方向 ,電壓的波動越來越大。如果負荷集中在線路末端 ,電壓的變化量將更大 ,一般盡量避免這種情況的發(fā)生。分布式發(fā)電接入系統(tǒng)后 ,會增大或減少這種變化量。本文的負荷設為恒功率模式。 對電能質(zhì)量的影響 分布式發(fā)電并入配電網(wǎng)后 ,也會對系統(tǒng)帶來負面的影響 ,例如各種擾動 ,從而對系統(tǒng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。其影響主要有電壓閃變和諧波 2 個方面。分布式發(fā)電在下列情況下可能引起電壓閃變 :l)大型分布式發(fā)電系統(tǒng)投切 。2)分布式發(fā)電的輸出突然變化 。3)分布式發(fā)電系統(tǒng)和反饋環(huán)節(jié)的電壓控制設備相互影響。目前采用的解決方法是要求DG 的所有者減少 DG 的投切次數(shù)并將 DG 通過逆變器接入配電網(wǎng)以減小 DG 輸出的大幅度變化 [5]。分布式發(fā)電在下列情況下可能引入諧波 :l)分布式電源本身就是一個諧波源時 。2)分布式發(fā)電經(jīng) 基于電力電子技術的逆變器接入配電網(wǎng)。分布式發(fā)電系統(tǒng)并入配電網(wǎng)時 ,還會帶來如電壓跌落、電壓脈沖、瞬時供電中斷等動態(tài)電能質(zhì)量問題。 對網(wǎng)損的影響 分布式電源的并入會改變原有網(wǎng)絡的分布形式 ,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(wǎng)情況 ,因此線路損耗也較原來網(wǎng)絡發(fā)生改變。分布式電源一般在用戶側(cè)并網(wǎng) ,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(wǎng)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(wǎng)仍可以減少系統(tǒng)總損耗 ,但有可能導致某些線路網(wǎng)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(wǎng)對線路網(wǎng)損的影響與情況 b 相同 ,若 PDG2Ps,則會使線路網(wǎng)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量和具體位置以及網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)緊密相關。 對系統(tǒng)繼電保護的影響 一般認為配電網(wǎng)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(wǎng)后 ,改變了配電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu) ,使其變?yōu)槎嘣淳W(wǎng)絡 ,發(fā)生故障時 ,13 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。 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(wǎng)并網(wǎng)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(xié)調(diào)程度 。 分布式發(fā)電 的潮流計算 基于前推回代算法的配電網(wǎng)潮流計算 對于輻射型網(wǎng)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(wǎng)絡末端功率 ,由網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡層次構(gòu)造 配電網(wǎng)絡從拓撲結(jié)構(gòu)上可看作是以電源點為根節(jié)點的樹狀結(jié)構(gòu)。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(wǎng)絡 ,其節(jié)點和支路編號為隨機編號 ,與網(wǎng) 絡結(jié)構(gòu)無關。 14 圖 21 12 節(jié)點樹狀網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(lián)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(wǎng)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(shù)等于支路數(shù) ,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(wǎng)絡中支路送端節(jié)點矩陣 F 和受端節(jié)點矩陣 T 分別為 : 15 在樹狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)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(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 ,形成支路關聯(lián)矩陣 M。若網(wǎng)絡支路數(shù)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(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 : 16 (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(jié)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(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分析 — 輸入原始數(shù) 據(jù) — 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 仿真分析 本文應用的算例為 IEEE33 母線測試系統(tǒng) ,如圖 23所示 ,系統(tǒng)參數(shù)見文獻 [1]。分別以不同容量、不同位置、不同功率因數(shù)的分布式電源接入所用算例配電網(wǎng) ,分析其對系統(tǒng)電壓的不同影響。 17 圖 23 33 母線測試系統(tǒng) DG 容量對電壓的影響 要分析 DG 不同容量給系統(tǒng)電壓帶來的影響時 ,首先要固定 DG 的位置和數(shù)量。分布式電源是作為一種輔助電源支持配電網(wǎng)的 ,而不是 配電網(wǎng)供電的主