含风光储发电的配电网潮流计算方式

第4l 卷第2期2013年2月姜莱电力Chi na El ectri c Pow erEastV01．41N o．2Feb．2013含风光储发电的配电网潮流计算方式罗雯清，张焰( 上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海200240)摘要：风光储发电加入配电网后，出项目：国家高技术研究发展计划( 2011AA05AAl 03)Pow er Fl owCal cul ati on for D i stri buti on N etw ork w i thW i nd／PV／StorageAccessLU OW en—qi ng，ZH AN GYah(Schoolof El ectri cal and El ectroni cEngi neeri ng，Shanghai J i ao Tong Uni versi ty，Shanghai 200240，Chi na)Abstract：Tradi ti onal pow erfl owal gori thm sal e notappl i cabl eto the di stri buti on netw ork w i th w i ndturbi nes，photo-vol tai csystemand storage battery because of the newnodetype of generati ons．Basedoncl assi fyi ngthe nodetypesofw i ndturbi nes，PV systemandstorage battery，the pow erfl owal gori thm sfor thecorrespondi ngnodetypesal epro—posed，and the w i del y appl i ed N ew ton m ethod i n pow erfl ow cal cul ati on i si m proved．Fi nal l y，anewpow erfl ow cal ·cul ati on for the di stri buti on netw ork w i th the di stri butedgenerati oni sproposed．Therebya 33一buspow er systemi scal cul ated，provi ngthe effecti veness of theproposedm ethod．Key w ords：pow erfl owcal cul ati on；di stri buti on netw ork；w i nd turbi ne；PV pow er system ；storage batteryFoundati on i tem s：The N ati onalH i gh- techR& DProgramof Chi na( 2011AA05AAl 03)风光储发电具有投资少，灵活性高，对环境污染小和效益高的特征。

近年来，配电网中风光储发电的渗透率逐渐减少。这些分布式电源的采用将对配电网节点电压、网损及线路容量和存储方向有较大影响，相应的潮流计算方式也将与特色途径有所不同。研究含风光储发电的配电网潮流计算方式具备重要含义。对于含风光储发电等分布式电源的配电网潮流计算方式，文献[ 1] 将分布式电源简单处理成PQ 节点，并用牛顿一拉夫逊法( 以下简称牛顿法) 解潮流；文献[ 2] 则将分布式电源均处理成PV节点，并用牛顿法计算潮流。然而，将接入配电网的不同类型的分布式电源单一处理成PV或PQ 节点，会对配电网潮流计算形成较大误差。文献[ 3] 对风电机组，光伏发电等分布式电源进行模型，根据所在结点的电阻或电压值，计算出参与迭代的节点功率值，迭代过程中将分布式电源近似处理成PQ 节点，最后用前推回代法推动潮流计算。而前推回代法较之牛顿法不合适处理含多电源和弱环的配电网，能直接处理的节点类型也比牛顿法少，如PV节点在算法中不能直接处理。牛顿法在电力末端电压高于一定数值时起初发散。目前，我国对配电馈线末端电压的规定通常在0．9—1．1 P．U 之间，在这种的范围之内牛顿法可以较好地收敛。随着配电网加入分布式电源后，馈线末端电压有所提高，牛顿法的收敛性也会大大改善。

风光储发电接入配电网后，其节点类型及相应处理方式与特色的发电机组也有所不同。本文在强调潮流计算中风光储节点类型的处理方式的基础上，对牛顿法进行优化，提出适用于含风光储发电的配电网潮流算法，并借助算例剖析说明其有效性。万方数据妥≮电力1潮流计算中风光储节点类型的处理随着风光储发电加人配电网，系统中发生了新的节点类型，如Q 受P和V限定的P—Q ( V) 节点和P恒定、电流幅值，恒定的PI节点HJ 。鉴于牛顿法不能处理P—Q ( V) 节点和PI节点，本文提出P-Q ( V) 节点和PI节点的处理方式，进而优化牛顿法。1．1风力发电机目前，风力发电机主要分为四种，其中定速型和转差型异步风力发电机在潮流计算中可以视为P—Q ( V) 节点，同步直驱型和双馈型风力发电机作为PQ 节点处理bJ 。采用异步发电机并网发电的风电机组没有励磁系统[6J ，主要靠电力提供的无功功率建立电场。异步发电机吸收的无功与机端电压之间的关系在潮流计算中可按如下方法处理。异步发电机近似等效电路如图1所示。其中，y为发电机的结点电压幅值，t为电机功率，，。为电枢电压，，m 为励磁电流，|R为电枢电压，s为转差率，R。

为机械负载等效电容，戈。为整流滤波，菇。为发电机定子电抗与叶轮电抗之和，P。为异步发电机有功功率。在风量给定时，风电机组有功输出为定值。异步发电机的转差率和从电力吸收的无功功率为S=坚铲Q『-P。堕学通常在该类风电机组的机端安装并联电容器组，使其自动分组投切才能确保整个风电锅炉功率因数保持在允许范围内。co叩，2≯专荠而他=“ 吨卵‘ √赢一一( 1)、7=———————。———■ —————一2P。戈；‘ lJ( 2)@ ’√南川n’ int[篆]以刊‰j嵩Q 川=Q ” 。一Q ’ ㈨f一一l、√(cos妒2)2叫( 4)( 5)( 6)( 7)其中，cos妒，为带有忍台并联电容器的风电机组的电压因数，Q ，为已有n台投切的并联电容器组输出的无功补偿，AQ 。为使整个风电机组由原先的功率因数cos9。

提高到要求的cos( p：需要再补充无功容量，i nt[]表示取邻近的稍大整数，Q Ⅳ山j ．为额定功率¨ 下并联电容器组每台功率。Q ’ 为在潮流计算中将第k次迭代所求K代入式( 2) 所得风力发电锅炉从电力吸收的无功功率。这样便可在迭代中将P．Q ( V) 节点转换为可处理的PQ节点类型，只不过其无功输出Q ㈩随着K变化。1．2光伏发电平台在大概状况下，光伏发电平台将太阳能光伏阵列输出的直流电转换为与电力同频同相的的交流电能馈送给电网，即只提供给电力有功电能。光伏发电并网多采用电阻控制逆变器，这意味着输出电压为限定值13节点配电网潮流计算，因此可以作为有功功率输出和电压输出恒定的PI节点。若选用电流控制逆变器，则相应的成为PV节点。对于PI节点类型，其输出的无功功率可以由前次潮流计算迭代得到的电阻和恒定的功率幅值以及有功功率计算得出Q 川=√lJ 『l 。I K2一P2( 8)式中Q ——第k+1次迭代的PI节点的无功功率值；，、卜PI节点恒定的电压幅值和有功功率值；K——第k次迭代得到的结点电压幅值。这样，就可以在每天迭代前求出PI节点类型的无功输出，相当于在迭代过程中将这些节点转换为可处理的的PQ 节点类型，且每次迭代的无功输出Q ㈨每次都会变化。

电网中具备PV节点类型的电源通常都有无功输出的上、下限，在潮流计算中出现无功越限时，需要对其进行越限处理。在牛顿法迭代中，可以借助节点功率方程推导出修正后的PV节点无功。若该电源输出的无功越限，则将将其设为极限值，此时相当于将PV节点转换为PQ 节点来处理；若在以后的迭代中，又出现PV节点电压低于万方数据罗雯清，等含风光储发电的配电网潮流计算方式0339或超过电压的禁止范围，则将该节点转换回原PV节点处理。1．3储能蓄电池储能蓄电池的控制方式与储能发电平台基本相似。区别是蓄电池具有双向性，它既可成为电源向电力供电，又可作为电力的负载存储电能。当工作在浮充状态时，蓄电池处于充电状况，能量从电力侧流向直流侧的蓄电池；当工作在逆变状态时，蓄电池处于对电力放电状态，将直流侧的能量回馈给电力。其模型和储能发电平台同样，采用电阻控制逆变器时作PI节点处理，采用电流控制逆变器时作PV节点处理。2含风光储发电的配电网牛顿法的推动本文采用M atl ab建立了节点、线路、变压器、PQ 节点、PV节点、PI节点和P—Q ( V) 节点的潮流计算模型，编制了含风光储发电的配电网的牛顿法潮流算法的程序，收敛精度为10一。

主要改进如下。( 1) PI节点和P—Q ( V) 节点的初始化处理针对PI节点，将注入电力的电流J 『、有功输出P和初始电压K代人式( 8) 可得其初始无功输出Q ，并将该无功输出Q 作为PQ 节点的Q 。对于P—Q ( v) 节点，将轮询电机数据、每组并联电容器容量及输出有功P代人式( 1) ～式( 7) 可得其实际初始无功输出Q ，并将该无功输出Q 作为PQ节点的Q 。( 2) 节点注入容量的计算将PI节点和P—Q ( v) 节点转换为PQ 节点后，用升级过的无功输出值求得各结点的实际初始注入容量Sh。。( 3) 改进牛顿法的推动第k次迭代时，根据牛顿法的修正方程式"1求取k次迭代后的△ 以和av, ，从而得吼+：和K+。。根据式( 1) ～式( 8) 更新PI、P—Q ( V) 节点的注入功率|S。。。，从而求得△ 只+。和AQ 。如满足收敛条件，计算结束，否则将再次下一次迭代。其程序流程图如图2所示。3算例分析本文采用IEEE33节点配电系统为例进行探讨计算，网络参数详见文献[ 4] 。图3为接入风图2牛顿法流程图光储发电的配电网络接线图。

取系统电压基准值K为12．66 kV，视在功率基准值S。为10000kVA。表1为该算例公布分析的8个方案。风电机组作为P—Q ( V) 节点和PQ 节点，光伏发电和储能蓄电池分别作为PI节点和PV节点接人配电网，根据本文所强调算法受到不同节点类型风光储发电接人配电网不同位置的潮流计算结果，并进行对比分析。2324 25 26 27 28 29 30 3l 32 33，II，Il2 3／4，I5 6／7t／I81}l D11l 21 3 14 15 16 171图3含风光储发电的配电网表1方案表述”注：1)电容器Q Ⅳ一u。i l =20 kVar，U Ⅳ=690 V(三相)，要求超过的功率因数为0．98。给出根据本文所强调算法受到的潮流计算结万方数据姜氧鼋jc7果，表2( 均取3位有效值) 为各方案部分结点电压的标幺值。表3为个别方案所需迭代数量。由表2可知，对比方案3和方案4可以看出所得潮流结果一致，这表明本文算法能较好的处理配电网中PI类型的电源节点。表2各方案潮流计算结果( 节点电压标么值)对比方案1～方案5可看出P—Q ( V) 、PQ 、PI以及Pv类型风光储发电接入配电网均对其电阻幅值有不同程度的提升，这是因为PI、P—Q( V) 类型节点在潮流计算中可处理为PQ 节点，相当于向平台注入了必定的有功和无功13节点配电网潮流计算，且功率抬高的程度与电池输出功率的多少有关。

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