含分布式电源的配电网潮流计算研究综述

含分布式电源的配电网潮流计算研究综述
夏沛 三峡大学 电气与新能源学院，湖北省 宜昌市 443002 Review of research on power flow calculation of distribution network with distributed generation XIA pei College of Electrical Engineering & Renewable Energy，China Three Gorges University， Yichang 443002，Hubei Province，China
1 引言
智能电网被认为是改变未来电力系统面貌的 电网发展模式，近年来，已成为电力领域的研究 热点[1,2]。 智能电网包括智能输电网和智能配电网 两方面的内容， 其中， 智能配电网新技术内容多， 与传统配电网区别大，对于实现智能电网建设的 整体目标有着举足轻重的作用[3]。智能配电网支 持大规模分布式电源 （distributed generation， DG） 的合理接入，要求分布式电源“即插即用” 。DG 分散布置在配电网络中，容量一般小于 50 MW，
网潮流计算提供了可行性参考。 文献[9]在不考虑无功越限的条件下，将 DG 处理为 PV 节点，否则转化为 PQ 节点，基于无 功分摊原理，预估 PV 节点无功初值，提出了一 种改进节点关联矩阵自乘的配电网前推回推算 法。 该方法考虑了 DG 无功注入容量和安装位置， 对配电网运行方式的适应性强，能有效处理弱环 网和 PV 节点问题，指出无功初值的选取对潮流 计算收敛特性的影响。
| I k | 为第 k 次迭代电流幅值；P 为 DG 有功输出
值。
2.2 PI 节点模型
光伏发电系统、燃料电池等其他通过电流控 制型逆变器接入配电网的 DG， 其输出电流恒定， 可处理为有功输出和注入配电网电流恒定的 PI 节点，相应的，第 k+1 次迭代的无功注入容量 由下式确定：
2 Qk 1 | I |2 (ek f k2 ) P 2
ABSTRACT: Connecting distributed generation(DG) with smart distribution network is the key technology of the latter, which provides a new way for the realization of the low-carbon electricity. In this paper, the overview of characteristics and progressive research on the grid-connected distributed generation are summarized, including models of node types and methods of power flow calculation. A prospect on the future development of power flow calculation of distribution network with distributed generations is given out, in the hope of offering references for basic research on the smart distribution network. KEY WORD: smart distribution network; distributed generation(DG); grid-connected; power flow calculation 摘要：分布式电源(DG)并网是智能配电网建设的关键技 术， 为实现低碳电力提供了新的途径。 对分布式电源并网 的特点和研究进展进行了综述， 包括节点模型的建立以及 潮流计算方法的研究。 对含分布式电源的配电网潮流计算 的未来研究方向进行了展望， 为智能配电网的基础研究提 供参考。 关键词：智能配电网；分布式电源(DG)；并网；潮流计算
2.4
PQ(V)节点模型
对于应用广泛的异步风力发电机，无励磁和
电压调节能力，需要从电网吸收无功，为减少网 络损耗，文献[13]提出带投切电容器的风力发电 场的异步发电机 PQ（V）模型，即发电机有功输 出恒定，无功功率与网络电压有关，该模型可以 保证功率因数在一定范围内变动。相应的，第 k+1 次迭代的无功注入容量由下式确定：
2 Qk 1 F (U k ) | I k |2 (ek f k2 ) P 2
Qk 1 | I k |2 (e 2 f 2 ) P 2
式中， e ,f 为 DG 电压相量实部和虚部值；
式中， ek ,f k 为第 k 次迭代电压相量实部和 虚部值； | I k | 为第 k 次迭代电流幅值； P 为 DG 有功输出值。 在潮流计算迭代过程中，PV 节点出现无功 或电压越界时，将节点不断在 PV 和 PQ 类型间 转换。文献[14]提出了限定输出的逆变器模型， 对处理为 PV 节点的 DG， 注入电流达到边界值后 转化为 PI 节点处理。
化而变化，为保证电能质量和稳定的电压输出， 通常在机端并联电容器组补偿无功，维持风力发 电的功率因素恒定，这类风力发电机组通常处理 为 PQ 节点。相应的，第 k+1 次迭代的注入电流
[12]
由下式确定：
( P jQ )* I k 1 ek jf k
组数的方法，针对含风力发电机组的配电网，提 出了改进的前推回推潮流计算方法。 文献[7]详细介绍了 DG 及其并网的接口形 式，在建立了异步发电机、无励磁调节能力的同 步发电机和燃料电池等几种典型 DG 在潮流计算 中的数学模型的基础上，分析了传统配电网中广 泛采用的各种潮流计算方法对含 DG 的配电网的 适应性，并提出了基于灵敏度补偿的配电网潮流 计算方法。 文献[18]考虑了光伏发电系统有功输出的随 机性，从统计学角度用概率密度函数进行分析， 提出了一种基于蒙特卡洛仿真的含有 DG 的辐射 型配电网的随机潮流算法。 文献[19]针对 PV 型节点的 DG，引入了基于 参与因子调整的分布式松弛母线模型，应用牛顿 法求取基于网损灵敏度的参与因子，通过参与因 子计算变电站和各个 DG 参与有功网损分配的贡 献，从而形成含 DG 的配电网潮流计算方法，该 方法充分考虑了负荷分配，消除了功率不平衡量 由一个松弛节点（平衡节点）承担的弊端，初步 分析了 DG 不同渗透率和注入容量对系统有功网 损的影响。 文献[20]分析了几种常见的 DG 各自在潮流 计算中的模型， 采用面向支路网损的前推回推法， 提出了注入无功补偿法，适合多种类型的 DG 并 网的潮流计算。该方法对于被处理为 PV 节点模 型的 DG，将其等效为一个已知大小的（P+j0） 的负荷和注入一个大小为(0+jQ)的功率[21]， 将处 理 PV 节点的关键转换成求注入无功的大小。 针对含 DG 的配电系统中电源、负荷和线路 参数存在三相不对称性和环网问题，文献[22]在 对各种 DG 的运行和控制特性详细分析的基础 上，建立了各种分布式电源潮流计算模型，对广 泛应用于辐射型配电网的前推回推潮流算法进行 改进，提出适用于含多种 DG 的弱环配电网的前 推回推三相潮流算法。 文献[12]分析了对应不同类型 DG 大量接入 配电网的潮流计算模型，提出了一种基于等效电 流注入技术的混合型算法， 使用注入负荷-支路电 流（LIBC）矩阵代替阻抗矩阵或雅克比矩阵，充 分利用配电网络特殊的拓扑结构直接求解网络潮 流， 使用电抗矩阵处理 PV 节点类型的 DG， 修正 无功方程。该方法为高渗透率和多样性的 DG 并
式中，| I | 为 DG 电流幅值；ek ,f k 为第 k 次 迭代电压相量实部和虚部值； P 为模型
同步风力发电机
[11]
的输出功率随风速的变
能有效地计算辐射型配电网潮流，但处理 PV 节 点的能力较弱。 对于含 DG 的配电网潮流计算，多数方法是 根据不同类型的 DG 建立功率输出的稳态模型， 基于 DG 的运行方式和并网的接口形式确定节点 类型，提出改进的配电网潮流计算方法。 文献[13]建立了基于异步发电机等效电路的 风力发电机组 PQ（V）稳态模型，阐述了确定并 联电容器组初始安装容量、安装组数和实时投切
- 1 -
2.1
PV 节点模型
光伏发电系统通过逆变器接入配电网，并网
式中， ek ,f k 为第 k 次迭代电压相量实部 和虚部值；P 、 Q 分别为 DG 有功、 无功输出值。
后仅提供有功功率，若采用电压控制型逆变器， 其输出电压恒定，则处理为 PV 发电机节点。燃 料电池输出功率受电池内气体的浓度影响，其输 出电压受逆变器参量控制，类似于普通发电机功 率调节原理，因此，在潮流计算中燃料电池当作 PV 节点来处理。微型燃气轮机[10]的工作原理与 同步发电机类似，通过励磁装置调节，维持电压 输出稳定，在配电网潮流计算中可处理为 PV 节 点。此外，部分经电压控制型逆变器接入配电网 的风电机组， 也可视为 PV 节点。 相应的， 第 k+1 次迭代的无功注入容量由下式确定：
具备投资少、占地小、发电灵活、清洁环保等特 点，为实现低碳电力[4]提供了新的途径。它包括 分布式发电装置与分布式储能装置[5]。根据 DG 通常所使用的技术可分为风力发电、太阳能光伏 发电、微型燃气轮机、燃料电池、储能电池等。 DG 在正常运行方式下能满足用户多样化需求， 一旦电网发生故障或意外灾害，也能保证对重要 负荷的持续供电，提高系统运行的稳定性。 配电网潮流计算是配电网经济运行、系统分 析、网络重构的重要基础，DG 在大规模并网过 程中将对配电系统结构和运行等方面产生显著影 响，传统的配电网潮流计算方法已不能适应系统 分析的需要。为此，国内外的学者进行了大量的 研究，分析了 DG 的潮流计算数学模型，提出了 很多适合于含 DG 的配电网潮流计算方法。