分布式电源混合并网的配电网潮流算法

文/王鹏 吕海霞 祁振华

近年来，随着科技快速发展，各国相关学者开始加大对分布式发电技术进行全面探讨，其中包含了分布式电源混合并网的配电网潮流算法。从分布式电源混合并网的配电网潮流算法角度来说，主要划分为确定性潮流算法及概率性潮流算法两种。其中，确定性潮流算法包含了高斯迭代法、牛顿拉夫逊法等，每个算法自身有一定优势，也存在一些局限性。在分布式电源混合并网的配电网潮流算法分析过程中，即便对经典算法进行了适当改革，但是在改革效果上没有充分发挥其应有的价值，特别是前推回代潮流算法，其性能特点没有得到充分展现。基于此，通过采用配电网辐射状结构，综合思考各种类型配电网潮流算法形式，不但可以保留前推回代潮流算法优势，同时也能提高其处理PV节点能力，对促进我国配电网发展有着较强意义。

1 分布式电源混合并网的配电网的意义

在人们生活水平不断提高，社会经济快速发展的环境下，人们在生产及工作中均需要得到电力支持，其已经成为促进国民经济发展的重要因素。在当前社会发展中，电力系统供电能力随着社会需求量增加而增大，大多数电能主要应用在科学技术、城市发展等方面。“生产、输送、分配各个电力设备形成了一个完整的电力系统，其中包含发电、变电、输电等全过程。配电网就是电力系统中配电环节，往往和负荷端充分连接，具备较多的结构形式。配电网直接和用户端充分结合，确保电能传递质量，让其电力系统中发挥自身作用。要想确保电能质量，配电网一般采用多种电力设备，因此，高效、稳定的配电网运行，对电力行业发展有着重要意义。随着环境压力增大，可用能源数量减少，加强清洁型能源应用已经成为今后电力行业发展必然趋势。

通过采用分布式电源，可以更好满足客户对电力要求，确保电力质量，把输电线路中电网消耗情况降至最低，自身具有改善环境，能源应用效率高等优势。将其运用到传统电力系统中，可以减少能源消耗，实现生态环境保护，对社会发展起到了现实性作用。

2 分布式电源种类分析

分布式电源也就是指功率是数千瓦至50MW 小型模块式的、与环境兼容的独立电源，其种类主要包含以下几个方面。

2.1 太阳能发电

太阳能发电原理在于，通过半导体材料的作用下，形成一个完整的太阳能电池板，在吸收太阳光过程中，结合光电效应原理，把收集的太阳能转变成电能，这种技术也就是光伏发电技术。在光伏发电技术中，其具备的优势比较多，如减少燃料消耗，不会受到地域因素影响等。独立型系统和并网型系统作为太阳能光伏系统中重要的类型形式，各自具有一定优势和不足。其中独立型光伏发电系统因为自身规模合理，灵活度强，可以应用在一些野外场所中。并网型光伏发电系统可以给配电网传输有功功率及无功功率，能够直接和电力系统连接。

2.2 风力发电

风力发电作为一个把风能转变为电能的发电形式，因为我国风能储存量比较大，特别是针对西北区域而言，风能比较大，在西北区域建设了诸多风电基地。风力发电可以把风能转变成电能，通过应用可再生能源，给人们日常生活、工作提供电力，是一种不会造成环境污染的清洁型能源。现阶段，我国风力发电技术水平比较强，在新能源发电技术中，是一种发展比较成熟的技术。风力发电技术种类比较多，最终都是将风能转变为电能。风机输出功率往往受到风场风速影响。当前风力发电作为一种新能源发电技术，风能存在可持续发展特点，对我国未来电力工业发展有着较强的意义。

2.3 燃料电池发电

燃料电池主要指在化学反应的作用下，不经过燃烧直接把电化学反应转变为电能的一种电源装备，其化学反应中蕴藏大量能量。燃料电池实质在于通过应用燃料和氧化剂反应以后释放大量能量，在这些能量带动下进行发电。在外表上和畜电池之间没有差别。燃料电池根据应用电解质类型，可以将其划分成质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池等诸多类型。通常情况下，燃料电池由两部分组成，一个是阴极，另一个阳极。在氧化还原反应过程中，把氧气和氢气充分融合形成水，产生电能。电池阳极中附有大量氢离子，电子流入阴极和外电路以后形成一个完整电流回路，最后朝着外电路方向流动提供电能。

3 分布式电源混合并网的配电网潮流算法研究

3.1 前推回代计算处理

3.1.1 配电网潮流流向

在分布式电源融入到辐射式配电网以后，该网络将会转变成一个分布在整个互联网络中的电源，线路中有功功率及无功功率将会发生改变，出现潮流回流现象。在辐射路径第n个负荷节点中，通过连接分布式电源，结合节点有功功率和分布式电源中有功功率之间关系，网络有功潮流流向可以划分三种。首先，在节点有功功率大于分布式电源有功功率的情况下，有功潮流流向将不会发生变化；其次，在节点有功功率小于分布式电源有功功率的情况下，负荷节点将会发生变化；在节点有功功率等于分布式电源有功功率的情况下，有功潮流流动变化为0。

3.1.2 节点模型处理

一定规模容量下的分布式电源成为了当前电网企业扩容主要选择方式，根据接近负荷中心位置，在分布式电源选址过程中，需要综合思考其直接和配电网负荷节点直接连接情况，让原网络潮流计算节点模型发生一定变化。在节点类型是PQ、PQ(V)等类型，在分布式电源连入到负荷节点i时，负荷节点i将会发生一定变化，并且转变为和DG节点相同的类型，与此同时，还要更新节点注入功率。如果将流出节点功率方向看作为正方向，没有连接DG前节点负荷功率是：SDGI=PDGI+QDGI，在接入DG以后，节点负荷初始功率变为：

根据上述公式可以得知，通过应用异步发电机的DG从电网中吸取无功功率，此时流出节点功率方向为正方向。

3.1.3 PV节点处理

在分布式电源融入到配电网中，并且引入PV、PQ(V)节点，需要在传统推回代法潮流算法的作用下对其进行处理。但是在处理过程中，处理难度比较大。基于此，需要对PV节点处理流程重新修改。在每个PV没电断开的情况下，形成一个全新的网络断点和电源点断，这时的新网络呈现形状为辐射状。根据戴维南定理导致，从两个断点角度来说，断点电压幅值增量ΔU与电流幅值增量ΔI需要满足[Z][ΔI]=[ΔU]公式要求，并且Z=R+jX应该是戴维南等值阻抗矩阵。因为配电网中各个节点电压标幺值都要靠近于1.0，与此同时，相角通常比较小，可以忽略不计，所以，此时公式可以转变为：

[Z][ΔS*]=[ΔU]

在公式中，ΔS*=ΔP-jΔQ为等值注入功率增量的共轭。

在计算出戴维南等值阻抗矩阵以后，需要核算出每次潮流计算迭代，结合上述公式利用电压幅值偏差对PV节点进行无功修整。通过改进戴维南等值阻抗矩阵分析法，得出PV节点阻抗矩阵元素，通过网络信息，获取最终数值。

3.2 改进前推回代算法计算流程

在对各种类型分布式电源潮流模式进行分析的情况下，通过采用C++6.0方式编制新的前推回代算法，并且其中包含了诸多分布式电源混合并网的配电网潮流计算模式，算法流程如下：首先，输入各种分布式电源电机组、网络节点参数，根据传入的参数进行节点类型判断，检测PV节点数量，通过采取网络搜索方式形成一个完整的戴维南等值阻抗矩阵。其次，对网络电压进行初始化处理，置迭代次数设定为1，在核算前推回代传输功率过程中，需要把PV、PQ(V)节点转变成恒功率负荷，并与普通PQ节点一同处理。在回代节点电压计算过程中，测量出PV、PQ(V)节点及PI节点两次迭代之间节点电压数值，如果满足收敛要求，并且PV节点迭代以后电压和初始电压幅值差满足收敛要求，可以计算出收敛数值。最后，更新无功功率，根据上述流程计算出电压更新数值，计算Pv节点变压变化数值。

4 结束语

总而言之，结合各个分布式电源自身特性，把其等效的PV、PQ(V)节点计算出来，在计算过程中，应该把这些类型阶段转变成传统前推回代法进行节点处理。与此同时，通过处理风力发电、太阳能发电、燃料电池等多种分布式电源配电网潮流计算问题，给分析分布式电源混合并网的配电网潮流算法提供了条件，从而保证计算活动进一步开展，获取理想计算效果。