含分布式电源的弱环配电网三相潮流算法研究

张 琦

( 国网湖北省电力公司 恩施供电公司，湖北 恩施445000)

普通电力机组的潮流计算，一般采取PQ 或PV 节点以及平衡节点这是常规发电机;分布式电源一般也需要充分考虑到这一点但还需要考虑分布式电源的控制功能和运行方式［1－2］．

1 分布式电源潮流计算的数学模型

1．1 燃料电池

燃料电池是一种基于电化学反应的新型能源装置，为了适应高压和大功率的需要，通常使用燃料电池堆产生较高的电压和较大的功率．一般而言，其交流输出电压和输出功率其可以表示如下［3］:

式中:Vac为逆变器输出的交流电压;m为逆变器的调制度;VFc为燃料电池输出的直流电压;σ 为逆变器交流电压的相角;Pac是逆变器交流侧的输出功率;Vs是电网的终端电压;X为负载的阻抗．

假设逆变器没有能量损耗，存在:

根据电化学反应，推得:

由式(2)～(4)可得:

若角度不是很大的情况下，sin(σ)≅σ，式(5)可写成:

式中;u为氢气的利用率;F为常数;qH2为氢气的流量;N0为燃料电池的并联数．

综上可得，σ 可由qH2控制，控制σ 可以控制燃料电池所输出的有功功率;与此同时，交流侧输出的电压可以通过PCU调节m来控制．根据潮流计算的要求和特点，通常把燃料电池当作PV节点．

若最小功率因数为ρmin，且逆变器输出为额定有功功率PN，则其最大容量为:Smax=PN/ρmin．此时逆变器的最大无功功率为:

正常运行时，如果燃料电池发电不需从系统吸收无功功率，则Q=0;如果燃料电池并网发电的节点无功功率超过门限值，则可以看作是一个PQ 节点［4］．

1．2 光伏发电系统和蓄电池

由于光伏并网发电的逆变器输出的电能是和电网电压同相同频的正弦电流，且功率因数是等于1 的，以此可以把光伏发电系统看成是向电网输入能量的负荷，即为平衡节点．

蓄电池的控制方法与光伏发电系统基本相同，区别在于是蓄电池既可以当作电网的电源又可以看作是电网的负载［5］．当逆变器工作在整流状态时，电网向蓄电池充电;当逆变器工作在逆变状态时，蓄电池向电网回馈能量．蓄电池在潮流计算中被视作I 节点．

1．3 同步发电机与异步发电机组

1)同步发电机．发电机通过机端提供的无功功率、功率因数和其它参数来控制同步发电机的励磁控制系统．励磁调节器控制模式:恒定无功功率调节、恒定功率因数调节、自动电压调整(AVR)．

2)异步发电机．由于异步发电机的特殊性，潮流计算时不能简单将其归结为PQ 节点或PV 节点．当有功一定时，发电机的无功与电压的变化是有关的．一般在潮流计算中作为P－Q(V)节点处理．

1．4 微型燃气轮机

微型燃气轮机功率是相对比较小的，其速度可通过控制功率因数角和有源功率输出进行控制．微型燃气轮机输出三相变频变压的交流电，然后通过电力电子设备将其转换为恒压、恒频，向其负荷供电．因此，一般将微型燃气轮机当作PV 平衡节点．

1．5 风力发电机

目前，双反馈风电机组并网交流励磁变速恒频控制．运行的控制策略包括四个区域的启动子区域，风力追踪区域，速度恒定区，功率的恒定区．功率控制是解耦的功率流控制，使之与电网电压的频率、幅度和相位来抑制栅极电流的影响是一致的．当网络控制和双反馈风力涡轮机脱网负荷运转时，定子电流为零(无电源输出);当双反馈风力涡轮机的定子电压和电网电压是相同的，双反馈风力涡轮机的离网和并网负荷运行，但之后的输出功率为零(和网络负载操作)运行的情况下是相同的，因此可以考虑电网控制的一种特殊情况是解耦控制(P=0，Q=0)．故此把潮流计算当作PQ节点处理．

2 含有分布式电源的弱环配电网的潮流算法步骤

根据分布式电源的特点以及算法的要求，具体计算过程中采用节点类型分类处理的原理．具体分类为:PQ节点:同步直驱风机和双反馈型风机;PV节点:微型燃气轮机、燃料电池;I节点:光伏发电系统以及蓄电池;P－Q(V)节点:定速的异步风机、光伏发电系统以及燃料电池、蓄电池．计算步骤如下:

1)在数据库中读取原始数据，找出功率点，构建回路阻抗矩阵;

2)通过电网电压、电源点的电压来初始化所有的子节点;

3)计算注入电流;

4)两个迭代校验节点之间的电压变化量:例如，满足设定条件的时候收敛循环结束，否则，返回到步骤3)中，并进行到下一个周期;

5)计算开环点的电压及其差值，计算功率偏差，将偏差功率叠加到相应的节点上．检查节点之间的电压差，若满足收敛条件，则循环的外端，否则返回到步骤2);

6)计算结束．

3 算例分析

3．1 算例介绍

建立母线，变压器，接触开关，接线，PQ节点，PV节点，I节点和PQ(V)节点和其他类，包括建立环网配电网络薄弱的前分布式电源推回代三相潮流算法程序．以IEEE 33 节点算例为基础，用VC++编制程序验证了所选模型和算法．为了对弱环三相配电网接入分布式电源后性能的进行分析，共9 个方案设定．具体如表1，方案制定考虑以下几种情况:

1)没有分布式电源的常规网络:方案1;

2)含有单个分布式电网的高压侧，该方案包括多种类型的节点:方案2，3，4;

3)高压侧分布式电源的综合:方案5;

4)含有的分布式电源网络的单一的低压侧，该方案包括各种类型的节点:方案6，7，8，9．

表1 分布式电源接入弱环三相配电网方案Tab．1 Distributed power grid access weak ring three match program

图1 是接入分布式电源后的网路接线图．

3．2 结果及分析

表2 为各方案所需的内循环和外循环的迭代次数．

图1 含分布式电源的配电网Fig．1 Containing distributed power distribution network

表2 潮流计算结果迭代次数Tab．NO．2 Results iterations flow calculation

从表2 可以得出:方案8 和方案1 比较迭代次数并未明显增加;方案5、方案7 和方案8 的迭代次数差不多．从而说明本文所提出的算法对于含多分布式电源电网的潮流计算是有效的，迭代次数并没增加．比较方案6 和方案7 可明显得到该算法可以处理非对称电源，网络本身是一个对称三相电源和三相不平衡分支参数不对称负载，在这本文中每个方案都存在环网，该算法可以极好的处理相位不对称和弱环网．

4 结论

考虑环网问题和配电网三相参数不平衡，给变压器、电容器、出线路、负荷具体的三相模型，对于含有多种分布式电源的弱环配电网的三相潮流算法，本文所提出的方法是有效的．

［1］ 赵晋泉，江晓东，张伯明．潮流计算中PV－PQ 节点转换逻辑的研究［J］．中国电机工程学报，2005，25(1):54－59．

［2］ Tong S，Miu K．A network－based distributed slack bus model for DGS in unbalanced power flow studies［J］．IEEE Trans on Power Systems，2005，20(2):835－842．

［3］ 郭烨，张伯明，吴文传．节点类型扩展潮流计算及其可解性研究［J］．中国电机工程学报，2011，31(13):79－85．

［4］ 杨旭英，段建东，杨文宇，等．含分布式发电的配电网潮流计算［J］．电网技术，2009，33(18):140－143．

［5］ 丁明，郭学凤．含多种分布式电源的弱环配电网三相潮流计算［J］．中国电机工程学报，2009，29(13):35－40．

［6］ 王锡凡，方万良．现代电力系统分析［M］．北京:科学出版社，2003:186－201．

［7］ Yi B L． Fuel cells－Principle，technologies and applications［M］． Beijing:Chemical Industry Press，2003:25－28．

［8］ 王成山，郑海峰，谢莹华，等．计及分布式发电的配电系统随机潮流计算［J］．电力系统自动化，2005，29(24):39－44．