【正文】 電源接入電網(wǎng)后會(huì)引起系統(tǒng)內(nèi)潮流的變化 ,為了使這種變化處于可控的范圍內(nèi) ,通常要對(duì)分步式電源的容量進(jìn)行限制。在 D 出力為一定范圍內(nèi) ,總出力越多 ,與負(fù)荷的比值越高 ,電壓支撐就越大 ,整體電壓水平就越高 ,但有時(shí)會(huì)導(dǎo)致超過(guò)安全限制 ,如圖 2 中當(dāng) DG 容量為 60%和 80%時(shí) ,節(jié)點(diǎn)電壓都嚴(yán)重超過(guò)電壓限制。接入分布式電源后 ,負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓有所上升 ， 因?yàn)闇p少了饋線(xiàn)中傳輸?shù)墓β?,同時(shí)還有分布式電源無(wú)功出力的支持 ,對(duì)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓支撐是有利的。功率因數(shù)取 滯后。 Matlab 仿真是建立在由遺傳算法得到的兩個(gè) DG 較 合理的位置上的 ,即節(jié)點(diǎn) 12和節(jié)點(diǎn) 19。本文參照多個(gè)文獻(xiàn) ,選定接入分布式電源個(gè)數(shù)為 2。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)供電的主體 ,分布式電源數(shù)量接入過(guò)多 ,會(huì)使運(yùn)行維護(hù)成本增加 ,且會(huì)對(duì)繼電保護(hù)造成不良影響 ,既不經(jīng)濟(jì)也不安全。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。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。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?；卮鷷r(shí) ,節(jié)點(diǎn)電壓都由上一層節(jié)點(diǎn)電壓決定。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)。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。若網(wǎng)絡(luò)支路數(shù)為 b,則 M 為一個(gè) (bxb)的矩陣 。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 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 。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)。 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)。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。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 。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 。 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。 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。 (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]。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 。 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(xiàn)路潮流不再是單方向地從電源母線(xiàn)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(xiàn)路損耗也較原來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生改變。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)。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(guò)逆變器接入配電網(wǎng)以減小 DG 輸出的大幅度變化 [5]。2)分布式發(fā)電的輸出突然變化 。其影響主要有電壓閃變和諧波 2 個(gè)方面。本文的負(fù)荷設(shè)為恒功率模式。如果負(fù)荷集中在線(xiàn)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。線(xiàn)路負(fù)荷的變化會(huì)使得線(xiàn)路電壓發(fā)生改變 ,越接近線(xiàn)路末端 ,這種改變?cè)酱?。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(xiàn)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(xiàn)路進(jìn)行補(bǔ)償 ,從而使得線(xiàn)路負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的電壓升高。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(lái)影響。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。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 。 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(hù)供電 。而且完全由用戶(hù)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。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。 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。 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(lái)一系列動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)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(lái)解決這些問(wèn)題。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。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。 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。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。 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(guò)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。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。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]。 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(lèi)型和收斂 性好的潮流計(jì)算方法 [4]。 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。 （ 6） 無(wú)功優(yōu)化 。 （ 4） 含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃 。 （ 2） 并網(wǎng)后的繼電保護(hù) 。 本論文的主要內(nèi)容 本文結(jié)合分布式電源出力變化、接入位置變化以及功率因數(shù)變化的試驗(yàn) ,總結(jié)了分布式電源在配電網(wǎng)中接入位置、出力限制等方面的運(yùn)行規(guī)律 ； 研究了 DG 接入放射狀鏈?zhǔn)脚潆娋W(wǎng)絡(luò)前后負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓的變化 ； 針對(duì)輻射型配電網(wǎng) ,結(jié)合仿真算例 ,提出的的分層前推回代法進(jìn)行 DG 接入后電壓分布的 潮流計(jì)算。 如果支路 bj 的末點(diǎn) vj不是末梢點(diǎn)，則支路電流 Ij 應(yīng)為該支路末點(diǎn) Vj 電流和其所有子支路的電流之和： 8 ,j L j kkdI I I???? () 式中： d 為以節(jié)點(diǎn) vj 為父節(jié)點(diǎn)的支路的集合。 ]Ts s s nU U U U? 5)檢驗(yàn)迭代收斂條件： new oldUU ??? () 直到 迭代條件滿(mǎn)足，停止計(jì)算，不滿(mǎn)足繼續(xù)迭代， Uold 代表上次迭代得到的電壓。 [ , 39。newU U U?? (16) 式中： 39。 39。39。39。 sj s jUUZZ?? (14) 式中： US 為根節(jié)點(diǎn)電壓， Z∑ 為網(wǎng)絡(luò)的等值阻抗， Zo,j 為待求點(diǎn)的等值阻抗。 ( , )k k kk k kk k kk k kU B Q UU U UB P U???? ? ???????? ? ? ??? ? ???? ? ? ???? ? ? ? (13) （ 2） 母線(xiàn)類(lèi)配電網(wǎng)潮流計(jì)算方法 此類(lèi)算法有 Zbus 方法和 Ybus 方法，這兩類(lèi)算法本質(zhì)上是一致的。39。 B? 是用 1/x為支路電納建立的節(jié)點(diǎn)電納矩陣， B?? 是節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的虛部。 2） 快速分解法 快速分解法是計(jì)算機(jī)實(shí)踐的產(chǎn)物。牛頓法的極坐標(biāo)方程為： ( c o s s in )( s in c o s )i i i j ij ij ij ijiji i i j ij ij ij ijijP P U U G BQ Q U U G B??????? ? ? ?? ? ? ???????? （ 11） 對(duì)（ ）進(jìn)行泰勒展開(kāi)，取一次項(xiàng)，即可得到牛頓 拉夫遜潮流算法的修正方程組。 1） 牛頓 拉夫遜法 自 60 年代稀疏矩陣技術(shù)應(yīng)用于牛頓法以來(lái)，經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展，已經(jīng)成為求解電力系統(tǒng)潮流問(wèn)題的最廣泛的一種方法。分布式電源接入電網(wǎng)會(huì)使系統(tǒng)電壓產(chǎn)生變化 ，針對(duì)分布式電源接入后對(duì)系統(tǒng)電壓所造成的影響 ,之前已有人利用靈敏度分析方法進(jìn)行分析計(jì)算，也有人提出利用短路比和剛性率來(lái)評(píng)估分布式電源對(duì)配網(wǎng)供電電壓質(zhì)量影響的方法， 但以上方法都沒(méi)有完整的從各方面分析。而電壓被抬高多少與接入的 DG 的位置、總?cè)萘康拇笮〖捌涔β室驍?shù)有關(guān)。傳統(tǒng)配電網(wǎng)一般呈輻射狀 ,穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下，電壓沿饋線(xiàn)的潮流方向逐漸降低。 研究分布式電源對(duì)配網(wǎng)電壓影響的方法 分布式電源接入配電網(wǎng)絡(luò)影響電壓大小的因素 一定容量的分布式發(fā)電接入配電網(wǎng) 絡(luò) ,會(huì)對(duì)饋線(xiàn)上的電壓分布產(chǎn)生重大影響。而文獻(xiàn) [11]則將分布式電源處理成 PV 節(jié)點(diǎn)，并用牛頓法計(jì)算了單相潮流。如文獻(xiàn) [9]中，將分布式電源處理成 PQ 節(jié)點(diǎn)并用牛頓法解潮流。 本世紀(jì)之前和世紀(jì)之初進(jìn)行的關(guān)于分布式發(fā)電系統(tǒng)潮流計(jì)算的研究，一般是將分布式電源簡(jiǎn)化成一種節(jié)點(diǎn)類(lèi)型，將其代入傳統(tǒng)的潮流計(jì)算中。對(duì)于分布式發(fā) 電系統(tǒng)也是一樣，分布式發(fā)電系統(tǒng)較之傳統(tǒng)的配電網(wǎng)系統(tǒng)，有很多的不同點(diǎn)，而影響到傳統(tǒng)潮流算法的應(yīng)用的難點(diǎn)，主要集中在對(duì)分布式電源的建模及其在潮流算法中的處理方法上。 國(guó)內(nèi)外進(jìn)展 分布式發(fā)電系統(tǒng)的潮流計(jì)算這個(gè)課題隨著分布式發(fā)電系統(tǒng)的推廣而日益被重視。目前縣級(jí)地區(qū)公用配電變壓器容量大多為桿上 400kVA 配變，小區(qū)基本上是各類(lèi)箱式變壓器，容量最大不超過(guò) 800kVA，有的公用配變下用戶(hù)數(shù)較多，使部分公用配 變超負(fù)荷運(yùn)行，造成電壓質(zhì)量差，甚至燒毀變壓器。線(xiàn)路之間互導(dǎo)能力差，只能進(jìn)行一些范圍小、負(fù)荷輕的簡(jiǎn)單操作，尤其是變電所出線(xiàn)部分，由于回路數(shù)過(guò)多，若發(fā)生設(shè)備故障或遇到檢修情況，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)供電區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間、大面積的停電情況。 ③ 供電范圍不明顯、互送能力差、同桿架設(shè)回路數(shù)多、停電范圍大且時(shí)間長(zhǎng)、重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重、 管理比較困難。尤其是低壓線(xiàn)路，問(wèn)題突出，像線(xiàn)徑小、分支亂、供電半徑長(zhǎng)等。城區(qū)配網(wǎng)線(xiàn)路基本上是架空線(xiàn)路，以架空裸導(dǎo)線(xiàn)為主。由于早期整體規(guī)劃不合理造成 10kV配電網(wǎng)的布局和電源點(diǎn)位置不合理，隨著城區(qū)建設(shè)發(fā)展，用戶(hù)數(shù)量和負(fù)荷的日益增加，配電網(wǎng)不斷延伸和擴(kuò)展，導(dǎo)致電源點(diǎn)與負(fù)荷中心產(chǎn)生偏離，對(duì)城市配電網(wǎng)在供電運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與 質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。 縣城配電網(wǎng)現(xiàn)狀 近幾年國(guó)家持續(xù)對(duì)縣域配電網(wǎng)的改造進(jìn)行投入，使得部分縣城配電網(wǎng)的安全及供電可靠性有了很大的提高。在可再生能源分布式發(fā)電系統(tǒng)中的除風(fēng)力發(fā)電外，還有太陽(yáng)能光伏電池、中小水電等都是解決我國(guó)偏遠(yuǎn)地區(qū)缺電的 良好辦法 [8]。而分布式發(fā)電技術(shù)則剛好可以彌補(bǔ)集中式發(fā)電的這些局限性。這種發(fā)展所帶來(lái)的安全性問(wèn)題不容 忽視。在歐洲，分布式能源已不是新技術(shù)。根據(jù)西方國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)：大電網(wǎng)系統(tǒng)和分布式發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合是節(jié)省投資，降低能耗，提高系統(tǒng)安全性和靈活性的主要方法。雖然全世界 90%的電力負(fù)荷都由這種集中單一的大電網(wǎng)供電，但是當(dāng)今社會(huì)對(duì)能源與電力供應(yīng)的質(zhì)量與安全可靠性的要求越來(lái)越高，大電網(wǎng)由于自身的缺陷已3 經(jīng)不能滿(mǎn)足這種要求 [5]。而逆變器型 DG 通常指的是將直流電經(jīng)逆變器得到交流電再并網(wǎng)的 DG(如風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃料電 池及各種儲(chǔ)能技術(shù) )和發(fā)出高頻交流電的 DG(微透平機(jī)組 )。 ⑵ 并網(wǎng)接口技術(shù)若 DG 與電力系統(tǒng)相聯(lián) ,則可以根據(jù) DG 并網(wǎng)技術(shù)的類(lèi)型分類(lèi) ,即直接與電力系統(tǒng)聯(lián)接 (機(jī)電式 )和通過(guò)逆變器與系統(tǒng)聯(lián)接兩大類(lèi)。另一類(lèi)為利用不可再生能源的 DG,主要包括內(nèi)燃機(jī)、熱電聯(lián)產(chǎn)、燃動(dòng)機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池等發(fā)電形式。一般根據(jù) DG 的技術(shù)類(lèi)型、所用的一次能源及并網(wǎng)的接口技術(shù)進(jìn)行分類(lèi)?，F(xiàn)今世界的發(fā)展潮流也傾向于大電網(wǎng)系統(tǒng)和分布式電源技