含PV节点的配电网潮流计算

含PV节点的配电网潮流计算

李月

（国家电网徐州供电公司221000）

摘要：电网技术的日益发展带动着分布式电源（distributiongeneration，DG）技术的不断革新，越来越多的DG将接入到配电网中。DG在潮流计算中可以看成不同的节点，其中PV型节点的处理方式最为复杂。因此，本文在用前推回代法进行潮流计算的基础上，提出了PV节点的处理方法，该方法引入了节点电抗矩阵，用无功分摊的原理确定PV节点的无功初值，大大提高了PV节点无功初值的精确性。

关键词：分布式电源；PV节点潮流计算无功分摊

大电网集中式供电仍是目前电力行业的主流供电方式。但是近些年全球大面积停电事故频发，大电网供电的缺陷逐渐暴露，系统内小故障的发生，都有可能引起整个系统的瘫痪。分布式电源（DistributedGeneration，DG）出现后，从某种程度上弥补了这一缺陷。DG在并入传统电网后，能改善系统稳定性，使之安全运行，为用户提供更加安全可靠的电能[1]。另一方，DG并入配电网，系统原有的拓扑结构也会发生变化，从单电源变成多多电源，潮流会随之受到影响。由于基本形式下的潮流计算中不涉及DG，所以研究DG并网后对大电网的影响，以及研究并入后的潮流计算方法很有必要。

本文首先介绍分析了分布式发电的类型，以及几种发电方式各自的特点，接下来构造了PV型DG在潮流计算中的节点模型，在用前推回代法计算的基础上，用节点电抗矩阵来分析处理PV节点，很好解决了潮流计算时PV节点出现无效的问题。并根据配电网的结构特点，用无功分摊法去计算DG的无功初值，使其无功初值能无限接近于实际值，这样一来也降低了迭代次数。

1分布式发电类型

现今主要的分布式发电方式可以分为风力发电、光伏发电、燃料电池发电等。

1.1风力发电

异步电机发电是风力发电的主要形式，自身无法产生无功，其无功来自于电网。一般会通过并联电容器组来补偿无功，从而降低网损。发电机的功率因数也会因为并联电容器组的自动投切达到要求。在安装了电容器以后，要求功率因数能达到0.9或者更高[2]。因此在含有风机的潮流计算中，可以将其看作PQ节点。在计算的过程中把它当成负的负荷来看。

1.2光伏发电

光伏发电的依据是光生伏打效应，所产生的电能是电池吸收到的阳光直接转化的。这类DG如要并入大电网网，需要通过逆变器连接。逆变器可分为电流控制型和电压控制型两种。前者输出的有功和注入电网的电流是不变的，注入的无功大小为

（1）

式中：I为电池注入电网电流；e为DG并网节点处电压的实部f为虚部；P是DG的有功输出。在潮流计算中可以将光伏电池视为PI型节点。

1.3微型燃气轮机

微型燃气轮机发电的原理基本都是回热式白朗托循环，随着高效回热器在坊间的越来越普及，其发电效率也随之提高。AC/DC整流器、DC/AC逆变器、带电容直流母线，组成了电力电子设备的接口。通过这些设备，微型燃气轮机将能够输出数值固定不变的电压和频率，在并网后向负荷供电。因而微型燃气轮机可以视作PV型节点。这类节点的处理方式下文会详细介绍。

2PV型节点的处理方式

如果潮流计算中包含有DG，由于DG会改变网络结构和功率走向，传统的前推回代法将不再适用。PV型DG的有功功率P不变，因而只需要将无功功率Q的大小确定，就可以把PV型DG转化成用比较好处理的PQ型节点。

2.1用无功分摊法确定PV型DG无功初值

PV型DG的无功初值在一般情况下取0或是无功上下限相加后值的一半。这两种方法相对来说比较简单，但是结果与实际值的偏差将会比较大。PV型DG的无功来源主要是并网点的无功补偿装置，和DG的无功输出量没有关系，而是由系统负荷量的位置和大小、DG的并网位置等因素决定。无功初值的正确与否，对潮流计算结果的收敛性会有直接的影响，因而本文将运用无功分摊法去处理接入配电网的PV型节点的无功初值。

PV节点处的电压值和配电网根节点处的电压值一样，都可视作恒定，现设该类DG的无功补偿装置的补偿量为无限大，则可近似认为根节点和PV型DG一起分摊系统中的无功负荷[3]。

由于配电网为辐射状，为了计算的方便，以PV型DG的并网位置为依据，找到一条包含根节点、PV型节点、末节点的线路。根节点与PV型节点之间的无功由两者平分，而PV节点要独自提供它到末节点之间的无功负荷。如果PV型DG的并网位置在网络几条支路之间，则优先考虑哪条支路到末节点无功负荷最大。

以下图所示的配电系统为例，无功修正值为，假设在节点编号为6和9的节点处分别并入一个PV型DG，标为a和b。则它们的无功初值分别为

图113节点配网系统图

现假设一个配电系统中，接入的PV型DG为N个，设DG注入的电流方向为正，则节点处应满足

（4）

节点注入的功率变化为

（5）

通常情况下，运行时的节点电压标幺值近似看作是1，则有

（6）

从而可以得到

（7）

进而得到无功修正值为

（9）

因而可知电压偏差和电抗矩阵决定了PV型节点的无功修正值。

在无功分摊原理中，PV节点电压和配电网根节点处的电压都可以视作定值，假设补偿装置容量没有上限，则可近似看作系统中的无功由根节点和DG一起分摊。根据DG接入的位置，根节点与PV型节点平分两者之间的无功，而PV节点到末端节点的无功则都由PV型DG提供，假如PV型DG并网位置在多条支路之间，则优先考虑哪条支路到末节点无功负荷最大。

无功补偿装置在真正运行时容量有限，用分摊法得出的无功初值假如超出补偿装置容量上限，节点电压将不稳定，PV型节点在这个时候应该转化成PQ型节点处理，无功设定为补偿装置的上限。PV节点无功初值应按下式计算：

（10）

3结论

本文研究分析了风机、光伏电池、等DG的工作原理以及在潮流计算中的处理方式，明确了节点类型。特别研究了PV型节点的潮流计算模型，引入节点电抗矩阵，用无功分摊法来确定节点无功初值，降低了迭代次数，提高了算法收敛性。

参考文献：

[1]王建，李兴源，邱晓燕.含分布式发电装置的电力系统研究综述[J].电力系统自动化，2005，29（24）：90-97.

[2]李新，彭怡，赵晶晶，等.分布式电源并网的潮流计算[J].电力系统保护与控制，2009，37（17）：78-81.

[3]代江，王韶，祝金锋.含分布式电源的弱环配电网络潮流计算[J].电力系统保护与控制，2011，31（10）：1-6．