摘要：本文介绍了分布式发电的相关概念和目前应用较为广泛的光伏、风力、燃料电池、微型燃气轮机4种典型分布式电源；同时简单的阐述了直接法、改进的牛顿拉夫逊法、前推回代法这3种配电网潮流计算方法；然后以IEEE33节点配电系统作为算例，利用前推回代法编制配电系统潮流计算程序，验证分析了分布式电源（DG）接入前后系统电压和网损的变化情况；此外，通过仿真计算研究了不同类型、不同接入位置和不同容量的分布式电源（DG）接入配电系统情况下，对系统电压和网损的影响。最后分析总结了在分布式电源的接入系统后，配电网电压和网损变化的一些规律。
关键词：分布式电源；配电网；潮流计算；电压；网损
前言
随着社会经济的不断发展和对能源需求日趋加大，同时分布式发电技术也日益进步，目前世界各国都加大了对DG的推广和应用。目前，在世界上最发达的国家—美国已有部分的分布式发电系统与当地电网相连接，这些系统在电网供电中断时形成备用电源[1]。然而在我国，分布式发电技术目前停留实验室阶段，还有很多的工作尚待完成。在国内，光伏发电在地广人稀的西藏地区也只是小范围的使用，在主要的大城市目前为止还只是做了一些试点[2]。
当DG接入电力系统后，会系统的稳定性产生一定的影响。电力系统稳定运行的关键因素就是系统中各节点电压幅值和相角等指标的稳定。以前在高压输电网中对电压稳定性的研究比较多，但是当越来越来越多的分布式电源接入配电网，由于分布式电源（DG）的功率输出具有很大的随机性，这些因素有可能使配电系统的运行失去稳定性。为了更好的使在接入DG情况下系统安全可靠运行，国内外研究人员对含DG的配电系统电压稳定性进行了大量研究和分析：
文献[3]分析研究了不同种类的DG在接入点和DG容量不同时对配电系统节点电压和网损产生的影响。并对不同种类的DG，采用配电网潮流计算中的前推回代潮流计算法编制程序对其接入配电网前后电压和网损进行了精确计算。
文献[4]分析了感应发电机和异步发电机两种发电机对配电系统电压稳定性的影响，并依据配电系统潮流在某种负荷增长方式下的收敛与否来判断系统电压的失稳情况。
文献[5]阐述了配电系统中节点电压幅值、电压相角等几种常见的静态电压稳定指标，并通过实例仿真研究了不同类型的DG及其在配电系统中不同位置接入时对该配电系统静态电压稳定性的影响，总结了对DG规划方面具有指导性作用的一些结论。
文献[6]通过改进传统的配电系统潮流计算中直接法，提出了含灵敏度矩阵的配电系统分析法研究了DG接入点和容量改变时对系统产生的影响，并针对系统中电压薄弱点的母线提出了有效的调整措施和控制方法。
文献[7]分别介绍了两种典型的电压稳定指标，并提出了如何判别系统电压是否稳定的方法，最后结合实际的配电系统仿真验证了所提出两类指标的适用性和正确性。
1 DG在配电网潮流计算中的处理方式
在传统的潮流计算中，节点分为平衡节点、PQ和PV型节点这三种典型的节点类型；但在配电系统中，一般只包括平衡节点和PQ节点这两种节点类型。然而，因为不同种类DG的接入，产生一些新的节点类型。这些新的节点有以P恒定、I恒定的PI节点；以P恒定、Q受到P和V限制的PQ（V）节点。所以，在配电系统中进行潮流计算时，需要针对不同类型的DG对该分布式电源的节点做适当的建模。
1.1 PQ（V）节点类型的处理（异步发电机）
1.4 PV节点类型的处理
由上文研究可知，一般将压控型DG处理为PV节点。但是目前大部分电力电子装置其无功输出是在一定范围之内的，当其输出的无功功率超过这一范围时，则在计算中我们将其转化为PQ节点来进行处理，这时的Q为其无功输出的最大值。
2 含DG的配电网潮流计算法及程序流程图
配电系统的前推回代法中的前推指已知系统中各节点电压，计算全网的功率损耗，以得到馈线根节点的功率；回代是指根据馈线根节点电压和各线路原始功率，逐次逐段计算线路的电压降落，以得到系统中各个节点电压。
含DG配电网潮流计算前推回代法的程序流程图如下所示：
3 不同类型DG的接入对系统电压和网损的影响
3.1 PQ（V）节点类型DG的接入对配电系统电压和网损的影响
模型1：将接入的分布式电源（DG）视为PQ节点类型。（DG容量为0.1-j0.0484p.u.）
模型2：将接入的分布式电源（DG）视为PQ（V）节点类型。（有功出力为0.1p.u.，节点电压初值1.0p.u.）；计算结果如下图3.1和表3.1；
图3.1 节点电压示意图 表3.1 结果分析
通过图3.1和表3.1可以总结出，以在17号接入DG为例，因为在DG输出有功功率输出为一定值的情况下，系统中各节点电压幅值的大小与其无功功率的吸收或者输出有着非常紧密的联系，所以系统在接入PQ节点类型DG情况下各节点电压值要比系统接入PQ（V）节点类型DG时各节点电压值略高。同样接入到系统中DG无功功率吸收量也和整个配电系统的网络损耗的有非常大的关系。因为这两种类型的DG需要通过吸收系统中的无功功率用来建立交变磁场，进而增大了整个系统中无功潮流流动，最终导致了系统的网损增加，所以在接入这两种节点类型的DG情况下所计算出的网络损值都比无DG接入配电系统时的网络损耗值要高。在配电系统潮流计算中，当把接入系统的DG处理为PQ（V）节点模型比处理为PQ模型更加贴近于实际情况，因为一般先利用数学模型推导出PQ（V）节点类型的DG初始所需无功功率，然后在后面每次迭代计算过程中都通过求出的节点电压值去进行无功功率值的修正。
3.2 PI节点类型DG的接入对配电系统电压和网损的影响
模型3：配电系统潮流计算的前推回代法，将接入的分布式电源（DG）视为PI节点类型。（接入点为17号节点，有功出力为0.1p.u.，节点电压初值1.0p.u.，节点初始电流0.11p.u.）
图3.2 节点电压示意图
系统网络损耗为0.012688p.u.。由图3.2可以看出，PI节点类型的DG对整个配电系统的节点电压具有一定的提升作用，同时可以得到从第一次迭代计算开始17号节点（DG介入点）的电压已经超过基准值，因为接入系统的DG有功输出对系统节点电压起到了提升作用，且DG无功功率的输出更大程度上抬高了节点电压。除此之外，整个配电系统的有功功率网络损耗也有一定程度上的减小。
3.3 PV节点类型DG的接入对配电系统电压和网损的影响
由上文研究可知，一般将电压控制方式的DG视为PV节点。但是大部分电力电子装置的无功输出是在一定范围内，当无功输出超过这个范围时，则需要将该DG转化为PQ节点来处理，此时的Q为其无功输出的上限。则建立如下模型4；
模型4：配电系统潮流计算的前推回代法，将接入的DG视为PV节点类型。（有功出力为0.1p.u.，节点电压初值1.0p.u.，节点初始电流0.11p.u.，无功输出上限为0.01p.u.）
图3.3节点电压示意图
系统的网络损耗为0.014589p.u.。从图3.4和计算结果中可以得到，PV节点类型的DG在接入配电系统后对各节点电压有提升和减小网络损耗的作用。
3.4 PQ（V）节点类型、PI节点类型和PV节点类型DG对比分析
在上述配电系统潮流计算中，三种节点类型DG均接在17号节点处，且其有功功率输出的大小是相同，但其无功功率和电压则是根据不同的节点的情况而制定的。在三种不同接口类型的DG接入情况下其计算出的节点电压如下图3.3所示，网络损耗对比分析如下表3.3所示。
图3.4 节点电压示意图 表3.2 三种接口模型网损对比表
从图3.4可以看出，因为PQ（V）节点类型的DG自身没有励磁和无功补偿装置，需要从配电系统中吸收无功来建立交变磁场，所以整体的节点电压水平向比其他几种模型DG接入情况下要低；其它几种节点类型的DG对节点电压都有一定程度的提升作用，具体能够对节点电压提升有多大影响则和该DG无功功率输出和吸收的大小有很大关系。
从表3.2可以看出，三种节点类型的DG中，无功功率吸收型DG（PQ（V）节点类型）会增加系统中的网络损耗，因为无功吸收型DG从配电系统中吸收无功，增大了系统线路中的无功潮流，从而增加了网损。相比之下，像PI和PV节点类型的无功发出型DG会降低系统的网损，具体对网损降低程度的影响需根据该DG输出无功功率的大小来分析。
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论文作者:马骏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/18
标签：节点论文; 电压论文; 系统论文; 分布式论文; 类型论文; 功率论文; 潮流论文; 《电力设备》2017年第16期论文;