分布式电源对配电网潮流计算的影响研究

摘 要：配电中接入的分布式电源的增多，潮流计算时，传统的前推回代法无法满足精度要求。对系统研究发现，分布式电源的出力和接入位置对配电网的网损有不同影响，阐述了分布式电源潮流计算模型，并引入了一种带有PV节点无功修正的分布式电源配电网潮流计算方法。通过对IEEE14节点系统进行仿真验证，证明了所提算法的有效性和收敛性。研究结果显示：新提出的方案和技术能够更加高效地解决带有分布式电源的配电网潮流问题。

关键词：分布式电源 前推回代 潮流计算 配电网

Research on the Impact of Distributed Power Sources on Power Load Flow Calculation in Distribution Networks

WU Xiaomeng WANG Zhongwen JIANG Jiahe WEN Siyu LIU Yi WANG Qinglong

School of Electronic Engineering， Xi'an Shiyou University， Xi'an， Shaanxi Province， 710065 China

Abstract： With the increase of distributed power supply in distribution， the traditional forward and backward sweep algorithm can not meet the accuracy requirements in power load flow calculation. It is found that the output and access location of distributed power sources have different effects on the network loss of distribution network. The power load flow calculation model of distributed generation is expounded， and a power load flow calculation method of distributed generation distribution network with PV node reactive power correction is introduced. The effectiveness and convergence of the proposed algorithm are proved by the simulation of IEEE14 node system. The research results show that the new proposed scheme and technology can solve the power flow problem of distribution network with distributed generation more efficiently.

Key Words： Distributed power; Forward and backward sweep algorithm; Power load flow calculation; Distribution network

由于化石能源的日渐枯竭，传统发电技术受到影响，以风电、光伏为主的新能源技术的分布式发电（Distrributed Generation，DG）受到了更多的关注[1]。分布式电源具有节能、发电方式自由多变、属于环境友好型等特点[2]。当分布式电源的引入时，配电网的结构不仅会变化，其潮流计算也会更加复杂。

本文探讨了分布式电源接入对电网损耗的影响，并通过模型证明在相对容量和超前与滞后功率条件下，配电网的网损效果存在差异。对通常的DG计算模型的同时，也对分布式电源不同类型的并网时，对传统前推回代法处理效果不理想的状况进行了探究，给出了一种对无功修正的含分布式电源改进PV节点的潮流计算步骤，最后在MATLAB R2013b环境下，在对算例的结果进行分析后，本文算法的有效性和收敛性得到验证。

1 分布式电源对网络损耗影响分析

分布式电源的接入使得系统中的潮流分布发生变化，系统网损也会受影响。每个支路的消耗是由其自身的特性所确定的，所以通过优化这些特性的方式，可以有效地减少整体的网络损耗，如减小导线电阻和路径电流量等。而把DG加入配电网后，能使配电网中的各个分支的电流得到减轻，进而改观整体网络的损失状况。

未接入DG时支路产生的损耗，接入DG后支路产生的损耗，通过对比两种情况下的损耗，得出接入DG后的网损偏差（）。

当符号为正时，说明DG接入配电网后降低线路损耗，反之，则线路损耗增加。

2 分布式电源的潮流计算模型

通常，DG的种类会根据变换器的控制策略进行分类。在潮流计算过程中，结合各类文献资料，并依据分布式电源的接口类型来将其划分为以下几个类别：

（1）P和Q恒定不变的PQ节点；（2）P和U恒定不变的P节点；（3）P和I恒定不变的PI节点；（4）P恒定不变、Q与电压有关的PQ（V）节点。

依据以上各种类型的DG，采用前推回代法对其相应的潮流计算模型进行研究。

2.1 PQ节点

此类负荷节点被视为负的，在前推回代潮流计算过程中无需进行特殊处理。一般情况下，将并网型风力发电机作为PQ节点进行处理，在实践中使用异步电动机，计算公式如下：

式（1）中，Pi为分布式电源的有功功率，Qi为分布式电源的无功功率。

2.2 P、I恒定型分布式电源模型

DG的类型包括储能系统和光伏发电，使用电流控制型逆变器进行并网运行，其输出有功和电流保持恒定，计算方式如下所示。

式（2）中，Ps、Is分别PI型DG提供的有功、输出电流。

输出无功计算公式如下：

式（3）中，V（k）i为PI型负荷节点的节点电压向量，Is为迭代的输出电流。

2.3 PQ（V）恒定型分布式电源模型

异步发电机产生的是有功功率P，而节点电压的幅值则是影响其无功的关键因素，所以我们可以将其定义为PQ（V）节点。

2.4 P、V恒定型分布式电源模型

同步电机的励磁调节能力和光伏并网逆变器采用的电压控制策略，可以确保稳定的P、V，PV节点选择。在起始阶段，PV节点的无功功率按照下面公式设定，这样它们就可以保持有功输出不变，并且端口电压保持恒定。

式（4）中：Qi max、Qi min为无功的上、下限。

接下来，在第k次迭代的初始计算阶段，当计算节点i的无功功率时，PV节点注入的电流为：

系统节点电压范围决定该节点的无功功率；当系统PV节点电压保持恒定时，其下游支路的电流、有功和无功功率将取决于节点的电压。节点电压的影响因素包括上游支路中各节点电压和该节点的无功功率。潮流计算时，通过调整节点的无功功率以保持PV节点的电压恒定，从而引入相关修正量

3 节点分层前推回代潮流算法在含分布式电源中的实现

由于辐射状配电网运行结构分支多，本文的配电网拓扑结构采用节点分层算法来描述配电网网络参数，并建立节点关联矩阵[3]。一个完整的支路参数矩阵包括支路的起始点和终止点，以及它们之间的阻抗参数，由节点号和节点有功负荷、节点无功负荷组成：节点参数矩阵=[节点号 节点有功负荷 节点无功负荷]。

通过支路参数矩阵的计算，可以推导出该配网系统的节点关联矩阵。定义两个辅助矩阵：节点分层矩阵和型上层节点矩阵UN，其中，每列的元素表示此列对应节点号的上层节点号。

配电网潮流计算步骤如下[4]。

（1）将网络的初始参数导入，包括负荷参数以及各个支路参数等。

（2）参数初始化。初始化分布式电源并网参数、PV节点的无功初值。

（3）按照李如琦[3]所述方法对网络进行节点分层。

（4）在第一次迭代时，首将起始节点的电压设置为所有节点的电压，并将所有支路的电流设为零，令k =1。

（5）根据UN矩阵，前推计算不同节点类型分布式电源的注入电流，并与负荷节点注入电流相叠加。

（6）回代计算各节点电压。PQ、PI、PQ（V）节点可根据公式（7）计算得各节点电压。

式（7）中， Ui、Uj分别指节点j和其上层节点i的电压；Zij是以i、j为首末节点支路的阻抗。

（7）进行收敛判断[5-8]。PV型DG节点处的电压幅值应符合，其中Upv为本次计算得到的第个PQ节点处的节点电压；若满足则输出各节点电压，迭代k次。否则转步骤（5）进入下一次迭代，同时令。

（8）如果要检查PV型DG节点是否超出了限制，我们可以使用公式（6）来校准注入的无功功率，然后继续执行步骤（5）。如果发现节点超出了限制，我们需要将它转换成PQ节点，并继续执行步骤（5）。

4 结论

本文根据DG接口类型把DG分成4种节点类型，并根据各类型DG建立了数学模型，分析DG的出力、配电网网损和电压受导入位置在搭建的简易模型中的影响。结果表明，要使DG接入位置电压改善得好，得选择合理容量的DG。并对不同类型分布式电源并网时传统前推回代法处理效果理想的状况进行研究，并对传统的前推回代法进行了改进。通过IEEE14节点算例证实本算法的有效性和收敛性。

4 参考文献

[1] 郭昕瑜.含分布式电源的配电网网络重构研究[D].西安：西安石油大学，2020.

王振树，林梅军，刘岩，等.考虑光伏并网的配电网潮流计算[J].电工技术学报，2013，28（9）：178-185.

李如琦，谢林峰，王宗耀，等.基于节点分层的配网潮流前推回代方法[J].电力系统保护与控制，2010，38（14）：63-66，139.

张立梅，唐巍.计及分布式电源的配电网前推回代潮流计算[J].电工技术学报，2010，25（8）：123-130.

[5] 吴文晴.分布式光伏并网对配电网网损影响研究[D]. 石家庄： 河北科技大学，2022.

[6] 柯贤杨.交直流混合配电网潮流计算与优化控制方案研究[D].天津：天津理工大学，2023.

[7] 谢贤磊.含分布式电源弱环配电网潮流计算方法研究[D].银川：北方民族大学，2024.

[8] 程丽，李鑫，项兴尧等.基于潮流计算的分布式光伏接入对配电网电压影响研究[J].科技通报，2021，37（5）：31-36，112.