分布式电源的配电网潮流计算

郭晋宇等

摘要：分布式电源（DG）的并网对配网的运行和安全具有很大的影响。在分析常见DG模型基础上，提出一种改进前推回代算法，考虑到该算法中PV节点处理能力较差，引入无功修正，同时分析DG并网对系统的影响。在IEEE33节点系统中进行可行性验证，结果表明，分布式电源的接入对系统电压和网损有影响，一定程度的无功注入会降低网损。

关键词：分布式电源；配电网；潮流计算；前推回代；网损

中图分类号：TM744 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）01-0044-03

分布式发电系统（Distribute Generation，DG）因具有灵活、高效、可靠等优势而发展迅速。在电力系统稳定运行的情况下，大量DG的接入对配电网的稳定性、网络损耗及电压分布造成了较大影响。因此，需要采用改进传统潮流分析的方法来处理DG接入问题。

传统的配电网潮流算法主要有牛顿拉夫逊法、直接法和前推回代法3种。DGs种类的各异性使其不适用于传统潮流计算方法，加之与传统发电机组计算模型不一致，这使得含DGs的配电网潮流计算更加复杂。因此，建立各种DGs的潮流模型是求解含DGs配电网潮流的关键所在。前推回代法具有易编程、收敛性好、计算效率高、占用内存少、不需要求Jacobi矩阵等优点，在配电系统中应用广泛。但是该方法要求配电网除首端平衡节点以外的节点都为PQ节点。在此基础上，建立新的DG计算模型，提出一种改进的前推回代算法有效处理PV节点。通过反复仿真分析，确定该算法有效，可用于含DG配网的运行分析。

1 DG潮流计算模型

DG模型与传统发电机组模型不同，需要考虑不同DG的数学模型。通常情况下，DG功率在几千瓦至50 MW之间，DG发电特性不同，并网接口的形式也不同。现对几种常见的DG并网模型潮流模型进行分析。

1.1 微型燃气轮机

微型燃气轮机并网应用电力控制，其输出电压和有功功率为恒定值，因此在潮流计算中可作为PV节点进行处理。

1.2 光伏发电系统

光伏发电系统将光能转化成电能，通过逆变器将直流电能转换为交流电（与配网相位频率相符）并网，具有恒定的有功功率（P）和输出电流（I），潮流计算中作为PI节点处理。

2.2 计算步骤

根据上述分析，采用MATLAB2007a编制新的潮流程序，计算步骤如下：

1） 输入原始数据，列出PV型DG节点电抗矩阵X。

2） 设置各符合节点给定值。PV节点P，U为给定值；PI节点P，I为给定值；PQ节点P为给定值，电压设定为U=1.0∠0°。

3） 从线路末节点开始，以初值电压和功率为已知条件，计算出支路功率和首端功率。

4） 从根节点开始，以首端功率和首端电压为已知条件，计算各节点电压。

5） PV型节点与PQ（V）型节点无功功率计算。根据步骤4）获得各节点电压，PV型节点的无功功率按照式（8）、（9）进行调整，PQ（V）型节点按照式（2）进行调整。

6）收敛判断，所有非PV型节点满足max≤ε。

3 算例分析

IEEE 33节点配电系统如图1所示，其中0为平衡节点，基准功率10 MVA，电压10.5 kV，计算精度ε=10-4。

3.1 PV型DG并网对潮流的影响

在配网不同节点接入不同数量的PV型DG，并进行潮流分析，结果如表1所示。结果表明：随着DG节点数量的增加，迭代次数无明显增加，迭代时间稳定，表明该算法有很好的适应性。

3.2 DG接入不同位置后配网的节点电压

在测试中，分别在节点8，10，16处接入风力机组（PQ（V）节点型DG），计算系统不同节点的电压幅值。由表2数据可知，各节点电压趋势递增且PQ（V）型DG并网位置越靠近系统电源电，网络中测试节点的电压越低。因此，在配网运行中应考虑PQ（V）型DG接入位置对系统电压的影响。

3.3 不同DG并网对系统的影响

图2为种测试方案：方案1为未接入任何DG的配电系统；方案2在31节点处接入1个PQ（V）型DG；方案3在31节点处接入1个PI型DG；方案4在31节点处接入1个PV型DG；方案5为在网络中（节点14，20，31）分别接入1个PQ（V），PI，PV型DG。

分析图2曲线可知：在3种不同类型DG中，PV节点型提高电压和降低网损的效果较理想，其次分别为PI节点型和PQ（V）节点型；方案5中，DG混合并网运行减小系统网损和提高电压水平的效果最理想。

4 结论

在分析不同DG类型的基础上，确定符合的计算模型，提出改进前推回代算法在IEEE33节点网络中具有良好的收敛性。测试数据表明：DG的类型、并网接入位置对配网的电压和网络损耗都有一定影响。

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Abstract： The parallel operation of distributed generation （DG） has big influences on the safety and operation of distribution power network. The article raises improved forward and backward substitution method based on the analysis of the general DG model. With the consideration of poor ability of PV nodes treatment in the method， the reactive power correction is used； meanwhile it also analyzes the influences of DG interconnection to the system. With the process of verified feasibility in IEEE33 nodes system， the result comes out that the access of DG has influences on system voltage and power loss， the injection of a certain amount reactive power will reduce power loss.

Key words： distributed generation； power distribution； power flow calculation； forward and backward substitution； power loss