摘要：近年来微电网发展迅猛，掌握微电网的网架结构就需要对其进行潮流分析，本文主要讲解了分布式电源及其节点处理类型、PWM换流器节点类型以及控制策略对微电网潮流的影响，这对于构建大规模的微电网有着重要的意义。
关键词：微电网；潮流分析；节点类型
引言：
微电网的迅速发展，这对于微电网的潮流计算要求越来越严格。本文主要分析了分布式电源对微电网潮流的影响，PWM换流器的节点类型，分布式电源节点处理方法和控制策略对潮流计算的影响，这为以后微电网的潮流计算奠定了基础。
1分布式电源对微电网潮流的影响
当前配电网一般为闭环设计开环运行，用户侧无电源。分布式电源接入配电网形成微电网后，辐射状的网络将变成用户互联的闭环网络，潮流方向已不想以往那样单向的从变电站母线流向负荷，有可能会出现回流等情况。因此需要对微电网的潮流分布重新进行分析。分布式电源的接入会对配电网产生一系列的影响，主要包括以下几个方面内容：
1）电压：分布式电源接入配电网后，由于馈线上的传输功率减少以及分布式电源输出的无功功率，使得沿馈线的各负荷节点处的电压有所升高，但是升高的程度与分布式电源的接入位置及发电量的相对大小有关。
2）损耗：分布式电源的接入会改变线路潮流的大小与方向，可能减小也可能增大系统损耗，这取决于分布式电源的接入点、网络的拓扑结构、负荷量的相对大小等因素。
3）继电保护：传统的配电网继电保护装置不具有方向性，当接入分布式电源后，配电网成为一个闭环的多电源系统，这就要求其保护设备应具有方向性，因此对传统继电保护装置提出了挑战。
4）可靠性：分布式电源的接入可能提高系统的可靠性，也可能降低系统的可靠性。这取决于大电网和分布式电源之间的协调能力。
5）电能质量：分布式电源的接入会对配电网产生一定程度的扰动，不仅会引起电压闪烁，同时也会产生大量的谐波。
6）故障电流：分布式电源的接入提高了配电网的故障电流水平。
但是在微电网系统中，由于存在各种分布式电源，使得微电网的节点类型比较复杂，既有常规的交流型节点，也有交直流混合的新型节点。
2 PWM换流器节点类型
分布式电源与电网的接口类型主要可以分为三类，分布式电源采取的运行控制策略将直接影响潮流计算节点类型的选择。表2.1所示的是在潮流计算时不同接口类型对应的潮流计算节点基本类型情况，其中P-U节点表示节点有功功率和电压固定。
表2.1 分布式电源接口类型与潮流计算节点类型
表2.2 PWM换流器节点类型
与常规并网电源不同，无论是交流型分布式电源经整流——逆变的形式并网，还是直流型分布式电源直接经逆变器并网，都伴随有交直流之间的能量转化，PWM换流器既可以同时控制一些交流侧状态量，也可以同时控制交流侧某些状态量和直流侧某些状态量，根据分布式电源控制状态量的不同，在潮流计算中可以将分布式电源归结为表2.2的节点类型。
3 分布式电源节点处理方法
在潮流计算中,异步风力发电机组等不可控微源可以按照静电压特性节点处理。可控微源有一些共同特点：没有励磁系统主要通过逆变器对其进行相应控制。因此,逆变器的控制策略决定了潮流计算中该微电源的节点类型。微电网有两种运行方式并网运行和孤网运行。在不同的运行方式下,微电源的控制策略不同。
正常情况下,微电网通过公共连接点PCC与大电网相连,并网运行。为了减少微电网对大电网的冲击,对微电源采用PQ控制,即按照给定的有功功率和无功功率控制。因此,在并网运行的微电网潮流计算中微电源可以作为PQ节点来处理,PCC处当作平衡节点。
当大电网发生故障或有大的扰动时,微电网迅速与大电网解列,必要时切除非重要负荷孤网运行,微电源独立为内部重要负荷供电。此时,对微型燃气轮机和燃料电池这些能稳定输出功率的微电源一般采用V/f控制,以提供微电网的电压和频率的支撑光伏电池由于输出的功率受环境的影响较大,一般要保证可再生能源的最大利用率,因此采用PQ控制。在潮流计算中,将带有储能装置的大容量的采用V/f控制的微型燃气轮机作为平衡节点,其他V/f控制的微电源作为PQ节点,采用PQ控制的光伏电池作为PQ节点[1]。
1)P-Q节点对应于换流器的恒功率控制方式，有功功率及无功功率已知，交流及直流电压待求。
2) 
节点对应于换流器的直流电压—无功功率控制方式，直流电压及无功功率已知，交流电压及有功功率待求。
3) 
节点对应于换流器的有功功率—交流电压控制方式，有功功率及交流电压幅值已知，无功功率、交流电压相角及直流电压待求。
4) 
节点对应于换流器的直流电压—交流电压控制方式，直流电压及交流电压幅值已知，系统输出的有功功率、无功功率及交流母线相角待求。
5) 
节点类型，这类节点相当于常规电力系统中的平衡节点，其处理方式与常规处理方法相同。
6) 
节点类型，这类节点将换流器调制参数幅值与相角作为控制量，表明该类节点不参与潮流控制，相当于换流器开环运行。
4 控制策略对潮流计算的影响
1）传统输配电网中的发电机容量一般较大，系统绝大多数情况是运行在额定工频状态下的，然而微电网分布式电源中缺乏强大的惯性物理环节，分布式电源一般容量较小，特别是微电网孤岛运行状态时，由于缺乏配电网支撑，系统很有可能运行在偏离额定频率较大的状态（孤岛微电网一般允许短时较为恶劣的运行状态，这就导致潮流计算的物理模型发生了显著变化，待求物理量中要包含稳态频率量，而且相应地要考虑负荷模型的变化。
2）传统输配电网中，负荷暂态变化将引起频率偏移，可以采用调速器对尚有可调容量的发电机组进行频率调节，这便是频率的一次调整，特别地，传统输配电网还可以利用主调频电厂进行频率的二次调整，即通过调频器移动机组的功率频率静特性，改变机组的有功输出适应负荷变化的调整速度。通过二次调整后输配电网的频率一般都能维持在工频。因此其发电机的潮流计算模型可以处理为 PQ模型，然而孤岛微电网一般采用下垂控制以保证通讯故障时仍能自动分配负荷，下垂控制中的频率控制相当于传统输配电网的一次频率调整，若未进行二次频率调整，则分布式电源的潮流计算模型便不能处理为PQ模型[1]。
5总结
一方面，传统的潮流计算未考虑不同控制方式下DG的实际静态功率特性，仅将其作为传统的有功和无功电源；另一方面，一般不存在足够大容量的分布式电源可平衡微电网与大电网断开所造成的内部功率缺额，因此，需要设置平衡节点的传统的潮流计算方法不适用于孤岛微电网。
参考文献
[1]王成山. 微电网分析与仿真理论[M]. 北京: 科学出版社, 2013.
论文作者:张务伶
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/21
标签：节点论文; 电网论文; 分布式论文; 电源论文; 潮流论文; 功率论文; 电压论文; 《基层建设》2019年第20期论文;