摘要：我国近年来能源紧缺问题日益严重，已经严重制约了我国社会进步和经济发展。建立和完善电力市场，使其更加公平和开放式是相关部门的工作目标，在当前的能源市场中，分布式发电呈现出巨大的优势，所以也受到社会各界的关注。分布式电源的加入给传统的发电方式注入了新的活力，同时也带来了一些问题，它让电网的结构和潮流发生了变化，使得含分布式电源的配电网潮流计算更加复杂。因此文章就配电网中分布式发电潮流计算方法进行研究。
关键词：配电网；分布式发电；潮流计算；方法
在我国配电网通常采取闭环设计、开环运行”的供电方式，整个配电系统呈辐射状。一般情况下，配电网是开环运行的，但是在实际运行和配电网重构的过程中，配电网的联络开关和分段开关有时会闭合形成环状网络，所以针对上述情况分析弱环配电网的潮流问题是很有必要的。由于很多不对称的负荷和元件的引入，配电网不同于传统网络的一个最大特点就是三相不平衡，所以配电网采用一相、两相和三相混合的供电方式，而DG的加入加剧了配电网三相的不平衡，因此我们在分析配电网潮流计算时，不能再用传统的潮流计算方法只计算单相，而要计算配电网的三相潮流。
一、分布式发电的概念及特点
分布式发电（DistributedGeneration，DG），又称分散式发电或分布式供能，是一种全新的发电方式，它是指将容量相对小的分布式电源灵活的布置在用电负荷或其附近的发电方式。对分布式发电的定义至今还没有统一的规定，但是归纳起来其具有以下特点：（1）规模较小且布置在用电负荷附近；（2）满足特殊用电负荷的需要，让配电网更加灵活经济的运行；（3）自由灵活和不受中央调控的电力生产方式；（4）一般利用可再生能源发电且能源利用率较高。一般情况下，它们都可以不受电力系统大电网的中央调控，自由灵活的投切，经济高效的运行。
二、分布式电源在配电网潮流计算方法
传统配电网在潮流计算中的节点种类比较简单，通常只有两种节点，一种是平衡节点，其一般为变电所以及发电厂的出口母线，另外一种是PQ节点，其节点注入的有功功率和无功功率是一定的，通常为一些负荷节点。分布式电源的加入，配电网中又增加了传统配电网中所没有的节点类型，即PQ节点、PV节点、PI节点和PQ（V）节点。所以解决配电网潮流计算的关键就在于如何处理这些节点。以下仅以PQ和PI节点为例进行说明。
（一）节点处理方法
1.P、Q 恒定的分布式电源处理方法
为了保证电力系统安全、可靠、经济的运行，DG 一般情况下运行在额定工况附近，即 DG 输出的有功功率 P 和无功功率 Q 是一定的，因此在配电网潮流计算中通常处理为 PQ 节点。以下两种情况 DG 也可作为 PQ 节点：1）DG 通过恒功率因素调节励磁控制方式的同步发电机并网；2）风力发电机组通过投切电容器组从而调节其无功功率。在配电网潮流计算中，处理 P、Q 恒定的分布式电源的方法比较简单，就是把它当成负的负荷。那么 DG 作为负的有功负荷就向电网输送有功功率，即 P 为负；DG 作为正的有功负荷就向电网吸收有功功率，即 P 为正。同理，DG 作为负的无功负荷就向电网输送无功功率，即 Q 为负；DG 作为正的无功负荷就向电网吸收无功功率，即 Q 为正。那么 P、Q 恒定的分布式电源对节点的注入电流可以用下式表示：
上式中，U 为分布式电源的节点电压。
2. P、I 恒定的分布式电源处理方法
对于某些需要使用逆变器来并网的分布式电源，如光伏发电系统、微型燃气轮机、燃料电池和部分风力发电机组，可用输出一定的逆变器来实现建模。逆变器又分为流控型和压控型，其中用流控型逆变器来并网的分布式电源可以处理为 PI 节点。PI 节点的有功功率和电流幅值是已知的，关键是如何求取其无功功率。这类节点的处理方法是对节点视在功率表达式的两边同时平方，然后把无功功率的表达式求出来，具体做法如下：
PI 节点视在功率： 
对等式两边取模后再平方得到： 
整理后得， 
PI 节点输出的无功功率为： 
由上式可得 PI 节点的注入电流为： 
上式中，in_ PIkI 表示第 k 次迭代时 PI 节点注入的电流向量；kQ 表示第 k 次迭代的分布式电源的无功功率值；kU 表示第 k 次迭代得到的电压值；P 表示分布式电源输出的恒定的有功功率。在对配电网进行潮流计算时，可以根据以上步骤把 PI 类型分布式电源输出的无功功率求出，从而把 PI 节点转化为可以求解的 PQ 节点。
（二）含分布式电源的配电网潮流计算方法
含有以上不同节点类型的分布式电源的弱环配电网潮流计算的具体计算过程如下：
（1）读入网络各节点数据，将弱环网解环，给各个节点电压赋初值为 1，开环电压和回路电流赋初值为0；
（2）对网络进行拓扑分析，求出道路矩阵，根据网络结构求出 PV节点的电抗矩阵 X 和纯环状网络的回路阻抗矩阵；
（3）初始化系统参数和分布式电源的各项参数，求出各类分布式电源的节点注入电流；
（4）计算节点三相注入电流，把分布式源的注入电流叠加在以上四种类型的分布式电源的接点处；
（5）计算各条支路电流；
（6）将回路电流与相应的支路电流相加。电流方向规定为：如果支路电流和回路电流同向，那么两电流均为正；如果支路电流和回路电流反向，那么回路电流为负；
（7）计算节点电压；
（8）计算解环节点电压差变化量，修正环路电流；
（9）计算出 PV 类型的分布式电源节点注入的无功功率，判断其是否越过规定的无功功率上限或下限，如果发生越限，那么把 PV 节点转化为 PQ 节点来处理，并且对 PV 节点的注入电流进行修正；
（10）计算出 PI类型的分布式电源节点注入的无功功率，判断其是否越过规定的无功功率上限或下限，如果发生越限，那么把 PI节点转化为 PQ节点来处理，并且对PI节点的注入电流进行修正；
（11）计算出 PQ（V）类型的分布式电源节点注入的无功功率，先求风力发电机吸收的无功功率以及异步发电机的转差率，接着求出风力发电机投入并联电容器组后的功率因数，判断其功率因数是否在规定的范围内，如果不在，则对投入电容器的组数进行调整，并且修正 PQ（V）节点注入电流。
（12）若求得的每个节点前后两次迭代电压差幅值的最大值满足预先设定的收敛精度，即（1）maxk KU U（为收敛精度），解环节点电压差变化量的最大值满足max U，同时 PV 节点的电压差变化量的最大值满足'max U，三者同时满足，那么可以判定系统潮流计算收敛，否则转入第四步继续下一次迭代。
总之，分布式发电是一种全新的发电方式，它符合当代社会的发展要求，给传统的发电方式带来新的生机，分布式电源的加入使配电网的结构和运行方式发生了改变，原配电网是一个开环运行的无源辐射状网络，现在变成了一个用户和电源互联的含多个电源的弱环有源网络，因此传统的潮流计算方法已经不能适用于含分布式电源的三相潮流计算中。同时对不同节点在配电网潮流计算中的处理方式做了详细阐述，由于在潮流计算中不能直接处理 PV 节点，因此首先确定其无功初值，为了减少误差采用无功分摊原理，接着对其无功功率进行修正，用等效注入电流的方法将其转化为可以处理的PQ节点，其他类型节点也都是处理为可以求解的PQ节点。
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论文作者:牛维
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：节点论文; 分布式论文; 功率论文; 电流论文; 电源论文; 潮流论文; 配电网论文; 《电力设备》2018年第20期论文;