摘要：本文介绍了分布式电源及其模型，对电压分布计算及其影响进行了分析，并提出了相应的算例分析。
关键词：分布式电源；配电网；电压
随着经济的发展，分布式电源受到越来越多的关注。DG大规模的应用，使配电由传统的单电源辐射网络变成多电源的新型网络，这将会改变潮流分布及潮流方向。同时，DG的接入使单向潮流变为双向潮流，增加了潮流分布的不确定性，从而影响了配电网电压。
一、分布式电源
分布式电源也称分散电源或嵌入式电源,通常是指发电功率在几千瓦至数百兆瓦的小型模块化、分散式、布置在用户附近的高效、可靠的发电单元。包括可再生能源和本地可方便获取的化石类燃料进行发电供能的系统,发电容量通常限定在几十兆瓦以下,目前所采用的分布式电源有：1）风力发电技术,可应用于无电网的地区,为边远的农村、牧区和海岛居民提供生活和生产所需的电力。风力发电技术在新能源领域已经比较成熟,经济指标逐渐接近清洁煤发电。2）光伏发电技术,近年来，在国内外受到了广泛关注,虽然光伏电池与常规发电相比有技术条件的限制,但由于它利用的是可再生的太阳能,仍受到人们的重视。3）燃料电池技术,由于传统发电方式无法比拟的优点,燃料电池被认为将成为与火电、水电、核电并驾齐驱的第4种发电方式,其用于分布式发电的前景亦十分广阔。4）微型燃气轮机技术,其特点是体积小、质量轻、发电效率高、污染小、运行维护简单。它是目前最成熟、最具有商业竞争力的分布式电源。
二、分布式电源模型
分布式电源种类多样，其与配电网连接的接口也各不相同，根据其自身的运行、控制的特点和并网接口的不同，将含分布式电源的节点类型分为4类：PQ节点、PV节点、PI节点、PQ（V）节点。
1、分布式电源节点类型。PQ节点类型，认为DG发出的有功和无功都是恒定值。该方法计算简单，潮流处理方便，但理论值与实际值偏差较大。PV节点类型，有功和电压恒定，一般有足够的无功容量来维持恒定的电压值。该类节点有励磁电压可调型的同步发电机和以电压控制型电力电子装置作为并网接口的双馈风机、光伏、燃料电池和微型燃气轮机。PI节点类型为采用电流控制型的电力电子装置作为接口的分布式电源，输出恒定电流。PQ（V）节点类型有两类：励磁电压恒定或无励磁系统的同步发电机，其发出的无功功率与其机端电压有关；采用异步发电机并网的风电机组，由于本身没有励磁系统，需要从电网中吸收无功功率建立励磁磁场，其吸收的无功功率也与机端电压有关。因此这两类DG作为PQ（V）类型的节点来处理。
2、潮流计算处理。牛顿-拉夫逊法在输电网的计算中广泛应用，其同样也适用于配电网。该方法具有很好的收敛能力，不仅可以直接处理各常规节点类型，还可以对不同种类的分布式电源进行算法改造，因此选用该方法进行潮流计算。对于可处理为PQ和PV类型节点的DG，可以直接使用牛顿-拉夫逊法计算潮流。PI节点类型已知量为恒定的有功输出和注入电网的电流。由电压、电流、有功和无功的关系，可求出DG输出的无功为:
，PQ（V）类型的节点分为同步电机和异步电机两类来讨论。对于同步发电机，以隐极机为例，发出的有功功率P和无功功率Q为：
（2）
（3）式中Eq为隐极机空载电动势，取为定值；V为机端电压;xd为发电机组同步电抗;δ为功角。当发出有功为定值时，由式（2）、（3）推导出发出无功与机端电压的关系为：
（4）即在有功功率确定时，可以根据这一函数关系算出发电机无功功率的输出值。而采用异步发电机并网发电的风电机组，由于没有励磁系统，需要依靠从电网吸收无功功率来建立励磁磁场。其简化等效电路如图1所示。图中xm为励磁电抗，x1为定子漏抗，x2为转子漏抗，r2为转子电阻，s为转差率，忽略定子电阻。令x=x1+x2由简化等效电路可以推导出: 
（5）
（6）当有功输出为定值时，由式（5）、（6）推出发出的无功与有功功率、机端电压的函数关系为：
（7）式（7）的无功为负数。表明从电网吸收无功。PI节点和两类PQ（V）节点都具有相同的特性：发出有功恒定，产生的无功与机端电压有关。这与具有电压静特性的负荷节点相似，因此可以称此类节点为电压静特性节点，其通用的表达形式为：
（8）对于电压静特性节点，在潮流计算中可以和PQ节点一起计算。即由上一次迭代计算的电压值通过式（1）、（4）、（7）求出DG的无功输出量即：
（9）式中Qk+1表示第k+1次迭代时分布式电源的无功输出，Vk表示上一次即第k次迭代时计算出的节点电压幅值。相当于在迭代过程中将电压静特性节点转化为已知有功和无功的PQ节点，只是其无功输出量每次都要随着计算所得到的电压值进行调整变化。
三、电压分布计算及其影响
根据含分布式电源的简单配电线路和电路的叠加定理，可以建立电压分布模型．假设线路的始端 A 的电压为U，线路上的额定电压为U，d为线路上的任意一点，则由模型可求得d点处所对应的电压为Ud=U－ΔU=U－ΔUDG－ΔUsd。在进行电压分布计算时，需要分别考虑DG电源和系统电源对配电线路的影响，因此在接入配电网时其电压损耗ΔU应包括系DG电源引起的耗损ΔUDG和统电源单独作用引起的耗损ΔUsd两部分组成。
四、算例分析
依照含DG的配电线路模型，一条10KV的配电线路，线路长度为m＝12km，总负荷数为12，电阻ｒ＝0.082Ω/km，x＝0.247Ω/km，配电线路始端电压U0＝1.05，额定电压UN＝1.0，功率基值为10MVA，电压基值为10KV，线路总负荷为：PL＝5MW，QL＝3Mvar。DG有功PDG＝3MW，功率因数cosφ＝0.9。
1、模型验证。基于以上数据分别对以三角形负荷分布模型和以均匀负荷分布模型的配电网进行电压分布计算，将所得计算结果与严格的潮流计算比较来验证方法的正确性和有效性。通过分析可知，基于三角形负荷模型的电压分布计算结果与严格潮流计算结果较为一致，而且要优于均匀负荷分布模型的电压分布计算结果，由此验证了三角形负荷分布模型算法在含DG的配电网电压分析中的正确性和有效性。
2、DG出力变化对电压分布的影响。同样的数据和负荷，DG接入节点，按照DG出力的四种方案进行测试，根据算法计算电压分布，结果见图2，出力数据见表1。以上结果表明，在不改变分布式电源接入位置的情况下，电压支撑由分布式电源的出力决定，出力越多，电压支撑就越大，整体电压水平就越高。
图2 DG出力变化引起电压分布变化曲线
表1 DG接入方案及出力数据
3、DG位置变化对电压分布的影响。保持DG出力不变，为100％出力，只改变它在网络中的位置，依据方案进行电压分布计算，结果见图3。从图3可以看出，DG出力不变，改变接入位置，则电压会有相应的变化，越靠近负荷侧，电压变化幅度就越明显，方案4中电压水平明显高于方案1、2、3的电压水平，方案4中DG位置靠近负荷侧，方案1中DG位置靠近母线，可见，DG的接入位置越靠近线路末端，对电压的影响越大。
图3 DG位置变化引起电压分布变化曲线
4、DG的电压调节作用。由于分布式发电的发电机具有励磁系统，可在一定程度上调节无功功率，从而具有电压调节能力。实际运行时，当DG远离变电站时，对变电站母线电压的调节能力就很弱，如图3中方案4就说明了这一点；有些发电机采用感应电机，可能还要吸收无功，而不适用于电压调节，在这种情况下，就要有相应的无功补偿设备；当大容量的DG接入时，必须将有关信号和信息传到配电系统调度中心，以进行调度和控制的协调。
五、结语
分布式电源与配电网相结合，有利于节约投资成本、降低损耗，而且能提高配电网系统的灵活性和可靠性，使其逐步成为未来电力能源系统发展的重要方向。
另外，分布式电源接入配电网时，会对配电网的运行情况带来一定的影响。
参考文献：
[1]杨占勇.分布式电源模型分析[J].电网技术，2016．
[2]毕鹏翔.论述电压分布计算及其影响[J].工程学报，2016．
[3]彭显刚．分布式电源对电压的影响研究[J].电力出版社，2016．
论文作者:李晓飞
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/18
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