【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 動(dòng)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(wú)功優(yōu)化 。 （ 6） 無(wú)功優(yōu)化 。 （ 7） 電力市場(chǎng)環(huán)境 。 并網(wǎng)后的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行分析與控制 分布式發(fā)電并網(wǎng)相當(dāng)于多個(gè)有限容量電源與近 似于無(wú)窮大電源并網(wǎng)運(yùn)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(yùn)行方式都會(huì)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(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等電源出力具有隨機(jī)性 ,導(dǎo)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(fù)荷的概率模型 ,研究并網(wǎng)潮流的概率特性和概率潮流計(jì)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(duì)潮流計(jì)算的方法和收斂特性有很大影響 ,需要研究合適的節(jié)點(diǎn)類型和收斂 性好的潮流計(jì)算方法 [4]。 ② 大量分布式電源接入電網(wǎng)后會(huì)帶來電能質(zhì)量問題 ,例如電壓波動(dòng)、諧波等 ,同時(shí)分布式電源會(huì)改變無(wú)功功率的分布 ,使得現(xiàn)有電壓 /無(wú)功控制手段己經(jīng)不能滿足要求。電力電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了 SVC、 STATCOM、 SSSC 等控制器的應(yīng)用 ,如何綜合運(yùn)用這些控制器協(xié)調(diào)地區(qū)電網(wǎng)各電壓等級(jí)的無(wú)功電壓分布需要進(jìn)行研究 ,并針對(duì)分布式電源的隨機(jī)動(dòng)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(wú)功優(yōu)化和電壓控制模型與分析方法 [4]。 ③ 當(dāng)分布式發(fā)電處于孤島運(yùn)行狀態(tài)下時(shí) ,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(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重波動(dòng) ,可能引起用戶設(shè)備損壞。因此分布式電源并網(wǎng)需要恰當(dāng)?shù)目刂坪瓦M(jìn)行合理的供電范圍劃分。此外分布式電源孤島運(yùn)行時(shí)可能與系統(tǒng)不同步 ,重新并入電網(wǎng)時(shí)的同步控制也是研究重點(diǎn)。 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(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(dá)到最優(yōu)目標(biāo) ,和分布式發(fā)電容量及負(fù)荷有關(guān)。實(shí)際運(yùn)行中 ,應(yīng)尋找分布式發(fā)電的容量與負(fù)荷這兩組不相關(guān)的隨機(jī)變量之間的平衡條件 ,動(dòng)態(tài)調(diào)度各分布式電源的容量 ,實(shí)現(xiàn)潮流優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)調(diào)度。 并網(wǎng)后的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行分析與控制 ： ① 由于分布式發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行增加了地區(qū)電網(wǎng)中感應(yīng)電機(jī)的數(shù)量 ,同時(shí)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷增多 ,使得地區(qū)電網(wǎng)發(fā)生故障后可能會(huì)失去電壓穩(wěn)定 ,在控制和保護(hù)不完善時(shí)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(lì)磁調(diào)節(jié)范圍小 ,當(dāng)達(dá)到其控制極限時(shí) ,相當(dāng)于勵(lì)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(huì)因?yàn)樾〉臄_動(dòng)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(fù)荷都具有隨機(jī)性 ,如果它們出現(xiàn)不平衡 ,可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定。 ③ 在分布式電壓并網(wǎng)前需要進(jìn)行靜態(tài)安全分析。地區(qū)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí) ,若分布式發(fā)電容量或接入點(diǎn)位置不合理 ,會(huì)使地區(qū)電網(wǎng)的可靠性降低。 并網(wǎng)后的 繼電保護(hù) 分布式發(fā)電并網(wǎng)后 ,會(huì)改變系統(tǒng)短路容量 ,使原有的繼電保護(hù)配置與保護(hù)方式不再適用 ,因此需要改變?cè)欣^電保護(hù)方式或采取其他措施與原有保護(hù)裝置配合 ,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行方式變化后繼電保護(hù)再整定。 并網(wǎng)后的動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量控制 分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行后可能帶來一系列動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問題 ,例如電壓跌落、電壓脈沖、瞬時(shí)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(yùn)行特性也各不相同 ,從而對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響也不同 ,因此必須對(duì)分布式發(fā)電的類型、位置、容量進(jìn)行規(guī)劃 ,綜合考慮系統(tǒng)網(wǎng)損、電壓、 繼電保護(hù)等方面 ,使電網(wǎng)的綜合性能達(dá)到最優(yōu)。 無(wú)功優(yōu)化 分布式電源并網(wǎng)后會(huì)吸收或發(fā)出無(wú)功功率 ,從而使原有電網(wǎng)中電壓和無(wú)功的分布復(fù)雜化 ,對(duì)無(wú)功和電壓控制也較原有網(wǎng)絡(luò)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(wú)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(duì)其的選擇要根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際情況而定 ,同時(shí)協(xié)調(diào)它們?cè)谡{(diào)節(jié)電壓、優(yōu)化無(wú)功、提高電壓穩(wěn)定性方面的作用。 電力市場(chǎng)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(duì)地區(qū)電網(wǎng)的運(yùn) 營(yíng)產(chǎn)生很大影響 ,會(huì)改變電力交易方式 :① 需要制定其與電網(wǎng)之間的供購(gòu)電計(jì)劃 。而且完全由用戶本身承擔(dān)失電損失是不合理的 ,應(yīng)確定失電損失的分?jǐn)倢?duì)象、定量計(jì)算各對(duì)象分?jǐn)偟氖щ姄p失。② 由于分布式發(fā)電技術(shù)仍處于研究初期 ,其成本依舊偏高 ,并網(wǎng)運(yùn)行后也會(huì)給電網(wǎng)帶來一些負(fù)面影響 ,因此要建立起一套合理的電價(jià)體制和市場(chǎng)服務(wù)體制 ,既可以鼓勵(lì)發(fā)展分布式發(fā)電技術(shù) ,尤其是利用綠色能源的分布式發(fā)電技術(shù) ,同時(shí)也不損害電力公司 的利益 ,實(shí)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(duì)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(dú)立運(yùn)行向附近用戶供電 。② 分布式發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行 ,但與地區(qū)電網(wǎng)之間有自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置 ,在必要時(shí)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(yùn)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(yùn)行 ,并向地區(qū)電網(wǎng)輸出電能。不同的運(yùn)行方式有不同的特點(diǎn)和技術(shù)實(shí)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(yùn)行或采取獨(dú)立運(yùn)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(shì) [6]。分布式發(fā)電的接入對(duì)配電網(wǎng)的供電經(jīng)濟(jì)性和節(jié)點(diǎn)電壓、潮流、短路電流、網(wǎng)絡(luò)供電可靠性等都會(huì)帶來影響。 對(duì)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(luò) ,正常運(yùn)行狀況下 ,沿饋線潮流方向 ,電壓逐漸降低。若設(shè)負(fù)荷運(yùn)行 在恒功率模式下 ,系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí) ,分布式電源的接入會(huì)減少線路上實(shí)際的傳輸功率 ,有的分布式電源同時(shí)發(fā)出無(wú)功功率 ,對(duì)線路進(jìn)行補(bǔ)償 ,從而使得線路負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的電壓升高。實(shí)際運(yùn)行中 ,負(fù)荷的有功功率與無(wú)功功率往往不是固定不變的。線路負(fù)荷的變化會(huì)使得線路電壓發(fā)生改變 ,越接近線路末端 ,這種改變?cè)酱蟆Ｓ泄?2 與無(wú)功負(fù)荷隨時(shí)間的變化會(huì)引起系統(tǒng)電壓波動(dòng) ,朝線路末端方向 ,電壓的波動(dòng)越來越大。如果負(fù)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(huì)增大或減少這種變化量。本文的負(fù)荷設(shè)為恒功率模式。 對(duì)電能質(zhì)量的影響 分布式發(fā)電并入配電網(wǎng)后 ,也會(huì)對(duì)系統(tǒng)帶來負(fù)面的影響 ,例如各種擾動(dòng) ,從而對(duì)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(gè)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(shè)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(gè)諧波源時(shí) 。2)分布式發(fā)電經(jīng) 基于電力電子技術(shù)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(shí) ,還會(huì)帶來如電壓跌落、電壓脈沖、瞬時(shí)供電中斷等動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問題。 對(duì)網(wǎng)損的影響 分布式電源的并入會(huì)改變?cè)芯W(wǎng)絡(luò)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(gè)負(fù)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(luò)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(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)線路網(wǎng)損的影響與情況 b 相同 ,若 PDG2Ps,則會(huì)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(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)。 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) ,13 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 ,因此要改變線路保護(hù)裝置的配置。 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 。 分布式發(fā)電 的潮流計(jì)算 基于前推回代算法的配電網(wǎng)潮流計(jì)算 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)的樹狀結(jié)構(gòu)。本文以一個(gè) 12 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例說明。圖 21為一個(gè) 12 節(jié)點(diǎn)的樹狀網(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)。 14 圖 21 12 節(jié)點(diǎn)樹狀網(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 : 15 在樹狀網(wǎng)絡(luò)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(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。 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 。回代時(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 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(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 仿真分析 本文應(yīng)用的算例為 IEEE33 母線測(cè)試系統(tǒng) ,如圖 23所示 ,系統(tǒng)參數(shù)見文獻(xiàn) [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(duì)系統(tǒng)電壓的不同影響。 17 圖 23 33 母線測(cè)試系統(tǒng) DG 容量對(duì)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(shí) ,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