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1、毕 业 论 文题目：分布式电源对县级配电网电压水平影响的研究摘 要分布式电源(DG)接入配电网会对其产生多方面的影响。本篇论文通过运用潮流程序对分布式电源接入配电网前后电压分布的计算,研究了分布式电源接入辐射型配电网络前后负荷节点电压的变化，并运用Matlab仿真软件对接入配电网的分布式电源出力变化、接入位置变化以及功率因数变化的分别进行了仿真实验,较全面的分析了分布式电源的接入位置、出力限制等方面对配电网电压的影响。关键词：分布式发电;配电网;潮流计算;电压影响27AbstractThe distributed power supply (DG) access to distribution
2、 network will affect its various aspects. This paper by using the trend before and after the application of the distributed power distribution network access the calculation of the voltage distribution, distributed power supply connected to the radiant power distribution network is studied before an
3、d after the change of the load node voltage, and using Matlab simulation software, access to access distributed power output of the distribution network change position change and the change of the power factor of simulation experiment was carried out respectively, a comprehensive analysis of the ac
4、cess to the location of the distributed power supply, the impact on the distribution network voltage output limit, etc. Key words: distributed generation; distribution network; power flow calculation; voltage profile目 录 摘 要IAbstractII目录1 绪论11.1引言11.2分布式电源的概念及种类11.2. 1分布式电源的概念11.2. 2分布式发电的种类21.3研究的背景
5、及意义21.3. 1县城配电网的现状31.3 2国内外的进展41.4研究分布式电源对配网电压影响的方法51.4. 1分布式电源接入配电网络影响电压大小的因素51.4. 2以往的研究方法51.4. 3本论文的主要内容82分布式发电对县级配电网的电压影响92.1分布式发电的并网问题92.1.1并网后的稳态运行分析与控制92.1.2 并网后的继电保护102.1.3并网后的动态电能质量控制102.1.4 含分布式电源的配电网规划102.1.5无功优化102.1.6 电力市场环境112.2 分布式发电对配电网的影响112.2.1 对电压分布的影响112.2.2 对电能质量的影响122.2.3 对网损影响
6、122.2.4 对系统继电保护的影响122.2.5对系统可靠性的影响132.3 分布式发电的潮流计算132.3.1 基于前推回代算法的配电网潮流计算132.3.2 网络层次构造132.3.3 分层前推回代法152.4仿真分析162.4.1 DG容量对电压的影响162.4.2 DG位置对电压的影响182.4.3 DG功率因数对配网影响193配电网络224配电网继电保护235DG支持的孤岛电网铁磁谐振256结果分析27参考文献28致 谢301 绪 论1.1引言在配电网中,多数工业、商业用户和城市居民负荷具有很大的随机波动性,各种不确定因素所引起的负荷变化给配电网的规划设计和运行带来了巨大的难度和挑
7、战。再加之近年来,世界范围内的能源危机日益加剧随着燃煤、核电的经济成本和环境成本的不断增加以及用户对电力供应可靠性的要求不断提高,以集中发电、远距离输电和大电网互联为主要特征的电力系统的一些弊端日益呈现。分布式发电(DG)正是在这样背景下提出并逐步发展起来的。分布式发电技术作为大电网的有益补充,是节省投资,降低能耗,提高系统安全性和灵活性的重要方法,它将成为未来发电技术的发展趋势。与常规大电厂集中供电系统相比，分布式能源系统是对大电网的有益补充，可以就地供应，具有低的能源损失，补充大电网在负荷高峰时的供电能力，可以弥补大电网在局部地区和特殊情况下的安全稳定性不足，在意外灾害发生时继续供电；土建
8、与安装成本低，能量输送投资很少，可以满足某些用户特殊性的要求，可在农村、牧区、山区供电供热，大大地减少输电线路的建设；适合于多种热电比的变化，可灵活地根据热、电需求进行调节，减少以电力来转换到低品位热、冷应用而造成的能源转换浪费，设备利用小时高；可为电力、热力、燃气、制冷、环境、交通等多系统实现优化整合提供技术支持。分布式发电(Distributed Generation,简称DG)技术正是基于上述原因而成为电力系统新的研究热点并定会在未来电力系统中发挥重大作用。1.2分布式电源的概念及种类1.2.1 分布式电源的概念分布式电源一般是指支持已有的配电网经济运行，为满足某些终端用户的需求，而设计
9、和安装在用户侧附近的小型发电机组。分布式电源的规模一般不大，与公共电网相对独立。其以天然气、沼气、生物质气和轻油等作为燃料，无需通过电网输送，利用管网和电缆系统向特定区域内同时直供电力、蒸汽、热水和冷气，实现热、电、冷三联供。分布式电源提高了供电服务的可靠性和电能质量，同时又具有环境友好型，资源节约等特点，将成为新世纪重要的能源选择。分布式电源是一种新型的、很有发展前途的发电和能源综合利用方式。其技术与大电网相比有其独特的优势，能够在提高经济效益的同时，减少土地占用，而且还具有良好的环保性能，另外分布式供电可以作为备用发电、远程或者独立发电。现今世界的发展潮流也倾向于大电网系统和分布式电源技术
10、相结合的这种节省投资、降低能耗、提高系统安全性和灵活性的方法。1.2.2 分布式发电的种类分布式发电的分类方式在不同领域有所不同。一般根据DG的技术类型、所用的一次能源及并网的接口技术进行分类。按所用发电能源按发电能源可将分布式发电技术分为两类:一类为利用可再生能源的DG,主要包括太阳能光伏、风能、地热能、海洋能等发电形式;另一类为利用不可再生能源的DG,主要包括内燃机、热电联产、燃动机、微型燃气轮机、燃料电池等发电形式。目前,水力发电、生物质能发电属于比较成熟的技术,而风力发电、光伏发电、太阳热发电、地热及潮汐发电等都属于新兴的发电技术。并网接口技术若DG与电力系统相联,则可以根据DG并网技
11、术的类型分类,即直接与电力系统联接(机电式)和通过逆变器与系统联接两大类。若DG是旋转式发电机,直接发出工频交流电则可直接并网,例如小型燃气轮机组发电、地热发电、水力发电、太阳能发电等都是旋转型发电机形式;而逆变器型DG通常指的是将直流电经逆变器得到交流电再并网的DG(如风力发电、光伏发电、燃料电池及各种储能技术)和发出高频交流电的DG(微透平机组)。1.3 研究的背景及意义现在全世界的供电系统是以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式单一供电系统。虽然全世界 90%的电力负荷都由这种集中单一的大电网供电，但是当今社会对能源与电力供应的质量与安全可靠性的要求越来越高，大电网由于自身的缺陷已经
12、不能满足这种要求5。由于大电网中任何一点产生的故障都有可能对整个电网造成较大影响，严重时会引起大面积停电甚至是全网崩溃，造成灾难性后果，这样的事故在国外时有发生，而且这种大电网又极易受到战争或恐怖势力的破坏，一般的军事打击都把摧毁大电厂或电站作为主要目标之一，一旦大电网受到破坏将严重危害国家的安全6，另外集中式大电网还不能很好的解决跟踪电力负荷变化的问题，而为了短暂的峰荷建造发电厂其花费是巨大的，经济效益也非常低。根据西方国家的经验：大电网系统和分布式发电系统相结合是节省投资，降低能耗，提高系统安全性和灵活性的主要方法。集中式与分布式有机结合21世纪能源工业的重要发展方向。在欧洲，分布式能源已
13、不是新技术。而在我国，随着经济建设的飞速发展，我国集中式供电网的规模迅速膨胀。这种发展所带来的安全性问题不容忽视。由于各地经济发展很不平衡，对于广大经济欠发达的农村地区来说，特别是农牧地区和偏远山区，要形成一定规模的、强大的集中式供配电网需要巨额的投资和很长的时间周期，能源供应严重制约这些地区的经济发展。而分布式发电技术则刚好可以弥补集中式发电的这些局限性。在我国西北部广大农村地区风力资源十分丰富，比如内蒙古已经形成了年发电量1 亿千瓦时的电量，除自用外，还可送往北京地区，这种无污染绿色能源可以减轻当地的环境污染。在可再生能源分布式发电系统中的除风力发电外，还有太阳能光伏电池、中小水电等都是解
14、决我国偏远地区缺电的良好办法8。因此，应引起足够的重视。1.3.1 县城配电网现状近几年国家持续对县域配电网的改造进行投入，使得部分县城配电网的安全及供电可靠性有了很大的提高。但是就目前而言，总体上县域配电网络仍然存在以下问题：电源点不足且分布不合理，导致供电半径大。由于早期整体规划不合理造成10kV配电网的布局和电源点位置不合理，随着城区建设发展，用户数量和负荷的日益增加，配电网不断延伸和扩展，导致电源点与负荷中心产生偏离，对城市配电网在供电运行的经济性与质量造成严重影响。 设备陈旧、技术落后、线路故障率高、供电可靠性降低。城区配网线路基本上是架空线路，以架空裸导线为主。线径小，设备运行年限
15、长，自动化程度低，特殊天气故障率高。尤其是低压线路，问题突出，像线径小、分支乱、供电半径长等。尤其下户线易烧断，导致一系列的维修量增加、维修时间增长，安全性得不到保障。 供电范围不明显、互送能力差、同杆架设回路数多、停电范围大且时间长、重复建设严重、管理比较困难。目前，县级城区供电线路交叉较多，供电范围不能分片、分区供电。线路之间互导能力差，只能进行一些范围小、负荷轻的简单操作，尤其是变电所出线部分，由于回路数过多，若发生设备故障或遇到检修情况，会导致网络供电区域长时间、大面积的停电情况。公用配电变压器负荷重、配电网无功补偿不足、电压质量差。目前县级地区公用配电变压器容量大多为杆上400kVA
16、配变，小区基本上是各类箱式变压器，容量最大不超过800kVA，有的公用配变下用户数较多，使部分公用配变超负荷运行，造成电压质量差，甚至烧毁变压器。无功补偿方面，在城区无论是10kV线路或是低压线路，无功补偿都较少，另外自动投切型无功补偿装置尚未被广泛应用，因而系统功率因数相对较低，对城区电网的经济运行造成严重影响。1.3.2 国内外进展分布式发电系统的潮流计算这个课题随着分布式发电系统的推广而日益被重视。潮流计算是电力系统分析的基础，对于一个新出现的系统，必须在考虑新的元件，新的问题的前提下，改进传统的电力系统潮流算法，以得到适用于新系统的潮流算法，使之能准确，方便的为新系统的分析所运用。对于
17、分布式发电系统也是一样，分布式发电系统较之传统的配电网系统，有很多的不同点，而影响到传统潮流算法的应用的难点，主要集中在对分布式电源的建模及其在潮流算法中的处理方法上。许多文献从不同的角度尝试对这个问题进行了分析，也积累了许多经验。本世纪之前和世纪之初进行的关于分布式发电系统潮流计算的研究，一般是将分布式电源简化成一种节点类型，将其代入传统的潮流计算中。一般的简化处理有，将同步发电机处理成如PQ 节点，即用一个三相平衡的电压源接同步发电机三相阻抗所形成的功率输出恒定的模型，而在能处理 PV 节点的算法中，也可以将其直接处理成有功输出和电压幅值恒定的 PV 节点；而对异步发电机，虽然其吸收的无功
18、是随该点的电压幅值而改变的，但在配电网中，各点的电压标幺值基本都在 1.0 附近，因此可以近似认为异步发电机的吸收无功恒定，将其处理成 PQ 节点。如文献9中，将分布式电源处理成 PQ 节点并用牛顿法解潮流。文献10将同步发电机和异步发电机都看成 PQ 节点，形成了适用于潮流计算和短路电流计算的模型，值得一提的是，该文是第一篇考虑了三相不平衡问题的关于分布式发电系统潮流问题的文章。而文献11则将分布式电源处理成 PV 节点，并用牛顿法计算了单相潮流。文献12是在这时期的文献中，分析的分布式电源类型较全的一篇，文中分别对同步发电机，异步发电机和与电力电子装置相连的分布式电源进行建模，根据所在节点
19、的电压值，计算出参与迭代的节点功率值，将分布式电源近似处理成 PQ 节点，并且考虑到分布式发电系统中出现的逆向潮流，增加了对适用于逆向潮流的电压调节器的建模，最后用前推-回代法实现了单相潮流的计算。1.4 研究分布式电源对配网电压影响的方法1.4.1分布式电源接入配电网络影响电压大小的因素一定容量的分布式发电接入配电网络,会对馈线上的电压分布产生重大影响。具体影响的大小,与分布式发电的总容量大小、接入位置及功率因数有关。传统配电网一般呈辐射状,稳态运行情况下，电压沿馈线的潮流方向逐渐降低。接入DG后,在稳态情况下,由于馈线上的传输功率减少以及DG输出的无功支持,使得沿馈线的各负荷节点处的电压有
20、所提高。而电压被抬高多少与接入的DG的位置、总容量的大小及其功率因数有关。1.4.2 以往的研究方法随着分布式电源在电力系统中所占比例的不断扩大,研究分布式发电对系统稳态运行的影响势在必行。分布式电源接入电网会使系统电压产生变化，针对分布式电源接入后对系统电压所造成的影响,之前已有人利用灵敏度分析方法进行分析计算，也有人提出利用短路比和刚性率来评估分布式电源对配网供电电压质量影响的方法，但以上方法都没有完整的从各方面分析。具体有：（1）牛顿类配电网潮流计算方法牛顿类潮流计算方法主要有牛顿-拉夫逊潮流计算方法和快速分解潮流计算方法。1）牛顿-拉夫逊法自60年代稀疏矩阵技术应用于牛顿法以来，经过几
21、十年发展，已经成为求解电力系统潮流问题的最广泛的一种方法。当以节点功率为注入量时，潮流方程为一组线性方程，牛顿法为求解非线性组最有效的方法之一。牛顿法的极坐标方程为： （1-1）对（1.1）进行泰勒展开，取一次项，即可得到牛顿-拉夫逊潮流算法的修正方程组。 （1-2）式中：，为潮流方程的残差向量，,为母线的电压修正量，J为雅克比矩阵。2） 快速分解法快速分解法是计算机实践的产物。1974年Stott发现在各种PQ解耦方法中，有功相角修正方程的系数矩阵用代替，无功电压修正方程的系数矩阵用代替，有功无功功率偏差都用电压幅值去除，这种版本的算法收敛性最好19。是用-1/x为支路电纳建立的节点电纳矩阵
22、，是节点导纳矩阵的虚部。Stott称这种方法为快速分解法，快速分解法潮流迭代公式可以写为： (1-3)（2）母线类配电网潮流计算方法此类算法有Zbus方法和Ybus方法，这两类算法本质上是一致的。Zbus算法如下：1）计算当根节点独立作用于整个配电网而且所有的等值注入都断开的情况下，母线j的电压： (1-4)式中：US为根节点电压，Z为网络的等值阻抗，Zo,j为待求点的等值阻抗。2）计算母线j的等值注入电流I”j3）计算只有等值注入电流作用时的母线电压： (1-5)4）应用迭加原理： (1-6)式中：5)检验迭代收敛条件： (1.7) 直到迭代条件满足，停止计算，不满足继续迭代，Uold代表上
23、次迭代得到的电压。（3）支路类配电网潮流计算方法基于支路类的潮流计算方法：在辐射状的配电子网中，对于支路bj有： (1.8)如果支路bj的末点Vj为末梢点，则该支路的电流Ij等于流过末梢点的电流，也即等于该末梢点的电流，即等于该末梢点的负荷电流IL,j即： (1.9)节点vj的符合电流IL,j可表示为： (1.10)式中：PL,j-jQL,j为节点vj复荷功率的共轭；Uj为节点vj电压的共轭。如果支路bj的末点vj不是末梢点，则支路电流Ij应为该支路末点Vj电流和其所有子支路的电流之和： (1.11)式中：d为以节点vj为父节点的支路的集合。由末梢点向电源递推就可以得到各支路的电流，再从电源点
24、向末梢点回推就可以求得各节点电压。1.4.3本论文的主要内容本文结合分布式电源出力变化、接入位置变化以及功率因数变化的试验,总结了分布式电源在配电网中接入位置、出力限制等方面的运行规律；研究了DG接入放射状链式配电网络前后负荷节点电压的变化；针对辐射型配电网,结合仿真算例,提出的的分层前推回代法进行DG接入后电压分布的潮流计算。2分布式发电对县级配电网的电压影响2.1分布式发电的并网问题分布式电源大部分都直接与地区电网相连，地区电网要容纳各种形式的分布式电源，因性能差异、容量不同、并网点不同、并网方式不同对地区电网会造成不同影响，会存在几个方面问题，具体如下：（1）并网后的稳态运行分析与控制。
25、（2）并网后的继电保护。（3）并网后的动态电能质量控制。（4）含分布式电源的配电网规划。（5）无功优化。（6）无功优化。（7）电力市场环境。2.1.1并网后的稳态运行分析与控制分布式发电并网相当于多个有限容量电源与近似于无穷大电源并网运行,配电网(本文主要研究分布式发电并入配电网的情况)结构和运行方式都会发生改变。由于各分布式电源的出力方式和控制特性各不相同,例如风力发电、太阳能发电等电源出力具有随机性,导致潮流的方向变化不定,己有确定性潮流不能描述电网的特征,必须建立各种分布式电源和负荷的概率模型,研究并网潮流的概率特性和概率潮流计算方法,建立新的电网分析与控制方法。电源的输出特性与控制方式
26、对潮流计算的方法和收敛特性有很大影响,需要研究合适的节点类型和收敛性好的潮流计算方法4。大量分布式电源接入电网后会带来电能质量问题,例如电压波动、谐波等,同时分布式电源会改变无功功率的分布,使得现有电压/无功控制手段己经不能满足要求。电力电子技术的发展促进了SVC、STATCOM、SSSC等控制器的应用,如何综合运用这些控制器协调地区电网各电压等级的无功电压分布需要进行研究,并针对分布式电源的随机动态特性和分相、三相混合控制模式,建立地区电网的无功优化和电压控制模型与分析方法4。当分布式发电处于孤岛运行状态下时,发电和供电产生不平衡,且孤岛电网中没有电压、频率控制,用户得到的电压和频率会产生严
27、重波动,可能引起用户设备损坏。因此分布式电源并网需要恰当的控制和进行合理的供电范围划分。此外分布式电源孤岛运行时可能与系统不同步,重新并入电网时的同步控制也是研究重点。分布式发电并网后原有电网具备了潮流优化的条件,通过对网络进行合理规划,可以有效减少其他能源消耗,降低发电成本和损耗。如何使分布式电源并网后达到最优目标,和分布式发电容量及负荷有关。实际运行中,应寻找分布式发电的容量与负荷这两组不相关的随机变量之间的平衡条件,动态调度各分布式电源的容量,实现潮流优化和经济调度。并网后的稳态运行分析与控制：由于分布式发电并网运行增加了地区电网中感应电机的数量,同时电动机负荷增多,使得地区电网发生故障
28、后可能会失去电压稳定,在控制和保护不完善时更容易发生。分布式电源的控制能力较地区电网弱,励磁调节范围小,当达到其控制极限时,相当于励磁系统失去调节能力。这种情况下,如果在电网处于峰荷期间,可能会因为小的扰动而引起分布式电源失去功角稳定。在孤岛系统中,由于分布式发电的出力和系统负荷都具有随机性,如果它们出现不平衡,可能会导致电网频率不稳定。在分布式电压并网前需要进行静态安全分析。地区电网发生故障时,若分布式发电容量或接入点位置不合理,会使地区电网的可靠性降低。2.1.2 并网后的继电保护 分布式发电并网后,会改变系统短路容量,使原有的继电保护配置与保护方式不再适用,因此需要改变原有继电保护方式或
29、采取其他措施与原有保护装置配合,实现电网运行方式变化后继电保护再整定。2.1.3 并网后的动态电能质量控制 分布式电源并网运行后可能带来一系列动态电能质量问题,例如电压跌落、电压脉冲、瞬时供电中断等,需要提出合理的控制措施来解决这些问题。2.1.4 含分布式电源的配电网规划 分布式发电的类型与规模多种多样,运行特性也各不相同,从而对电网产生的影响也不同,因此必须对分布式发电的类型、位置、容量进行规划,综合考虑系统网损、电压、继电保护等方面,使电网的综合性能达到最优。2.1.5 无功优化分布式电源并网后会吸收或发出无功功率,从而使原有电网中电压和无功的分布复杂化,对无功和电压控制也较原有网络要求
30、更高。新的控制装置如SVC、STATCOM、SSSC、VSC-HVDC等可被用来调节分布式电源并网后的无功和电压。由于它们的功能各不相同,性能和成本差异较大,对其的选择要根据电网实际情况而定,同时协调它们在调节电压、优化无功、提高电压稳定性方面的作用。2.1.6 电力市场环境各种分布式电源成本不同,品质各异,并网后将对地区电网的运营产生很大影响,会改变电力交易方式:需要制定其与电网之间的供购电计划;而且完全由用户本身承担失电损失是不合理的,应确定失电损失的分摊对象、定量计算各对象分摊的失电损失。由于分布式发电技术仍处于研究初期,其成本依旧偏高,并网运行后也会给电网带来一些负面影响,因此要建立起
31、一套合理的电价体制和市场服务体制,既可以鼓励发展分布式发电技术,尤其是利用绿色能源的分布式发电技术,同时也不损害电力公司的利益,实现地区电网和分布式发电的和谐发展。2.2 分布式发电对配电网的影响分布式发电系统与电力系统之间存在四种方式:分布式发电独立运行向附近用户供电;分布式发电系统独立运行,但与地区电网之间有自动转换装置,在必要时支撑地区电网;分布式发电系统与地区电网并联运行,但不向地区电网输送电能;分布式发电系统与地区电网并联运行,并向地区电网输出电能。不同的运行方式有不同的特点和技术实现手段。常见的分布式电源是直接接入配电系统(380V或10kV配电系统)并网运行或采取独立运行的方式,
32、将分布式发电系统集成到现有的配电系统中,也是今后分布式发电的发展趋势6。分布式发电的接入对配电网的供电经济性和节点电压、潮流、短路电流、网络供电可靠性等都会带来影响。2.2.1对电压分布的影响传统配电系统为单电源辐射状网络,正常运行状况下,沿馈线潮流方向,电压逐渐降低。若设负荷运行在恒功率模式下,系统稳态运行时,分布式电源的接入会减少线路上实际的传输功率,有的分布式电源同时发出无功功率,对线路进行补偿,从而使得线路负荷节点处的电压升高。实际运行中,负荷的有功功率与无功功率往往不是固定不变的。线路负荷的变化会使得线路电压发生改变,越接近线路末端,这种改变越大。有功与无功负荷随时间的变化会引起系统
33、电压波动,朝线路末端方向,电压的波动越来越大。如果负荷集中在线路末端,电压的变化量将更大,一般尽量避免这种情况的发生。分布式发电接入系统后,会增大或减少这种变化量。本文的负荷设为恒功率模式。2.2.2 对电能质量的影响分布式发电并入配电网后,也会对系统带来负面的影响,例如各种扰动,从而对系统的电能质量产生影响。其影响主要有电压闪变和谐波2个方面。分布式发电在下列情况下可能引起电压闪变:l)大型分布式发电系统投切;2)分布式发电的输出突然变化;3)分布式发电系统和反馈环节的电压控制设备相互影响。目前采用的解决方法是要求DG的所有者减少DG的投切次数并将DG通过逆变器接入配电网以减小DG输出的大幅
34、度变化5。分布式发电在下列情况下可能引入谐波:l)分布式电源本身就是一个谐波源时;2)分布式发电经基于电力电子技术的逆变器接入配电网。分布式发电系统并入配电网时,还会带来如电压跌落、电压脉冲、瞬时供电中断等动态电能质量问题。2.2.3 对网损的影响分布式电源的并入会改变原有网络的分布形式,线路潮流不再是单方向地从电源母线流向各个负荷,其大小和方向要取决于分布式电源的并网情况,因此线路损耗也较原来网络发生改变。分布式电源一般在用户侧并网,因此它的接入会改变系统负荷分布,主要有3种情况:分布式电源出力小于任何节点的负荷量,此时分布式电源的引入使配电网中所有线路的损耗减小;分布式电源出力仍然小于系统
35、负荷总量,但并非所有负荷节点的负荷量都大于分布式电源出力,这种情况下分布式电源的的并网仍可以减少系统总损耗,但有可能导致某些线路网损增加;分布式电源出力大于系统负荷总量,但并非所有负荷节点的负荷量都小于分布式电源出力,这种情况下分布式电源对系统损耗的影响要分情况讨论,若PsPDG2Ps,则会使线路网损增加5、6。由此可见,分布式发电可能增大也可能减小系统损耗,这不仅和负荷有关,同时还与分布式电源的容量和具体位置以及网络的拓扑结构紧密相关。2.2.4 对系统继电保护的影响一般认为配电网中只有一个电源,当线路发生故障时,故障点的故障电流只由电源提供。当分布式电源并网后,改变了配电网拓扑结构,使其变
36、为多源网络,发生故障时,分布式电源也向故障点提供故障电流,使得故障电路大小和方向都发生改变,会导致原有的保护装置发生误动或拒动等,因此要改变线路保护装置的配置。2.2.5 对系统可靠性的影响分布式电源对系统的可靠性影响要视情况而定。当分布式电源作为备用电源,则对提高系统可靠性有利;当其和配网并网运行时,对系统可靠性的影响取决于控制方式及其不同分布式电源的相互协调程度。2.3 分布式发电的潮流计算2.3.1基于前推回代算法的配电网潮流计算对于辐射型网络,前推回代法的基本原理是:(1)假定节点电压不变,即令根节点为己知电压幅值和相角的松弛节点,初始化所有节点的电压,等于根节点的电压;已知网络末端功
37、率,由网络末端向首端的方向计算各支路功率损耗和功率,依此推算网络中的线路功率分布,最终得到根节点注入功率;(2)假定支路功率不变,利用已知的根节点(电源节点)电压,由网络首端向末端计算各支路电压损耗和节点电压。如此不断重复前推和回代两个步骤,直至满足收敛要求。前推回代法在每次前推迭代中由网络的电压求得潮流分布,回代迭代中由功率分布推算电压的分布。2.3.2网络层次构造配电网络从拓扑结构上可看作是以电源点为根节点的树状结构。本文以一个12节点系统为例说明。图2-1为一个12节点的树状网络,其节点和支路编号为随机编号,与网络结构无关。图2-1 12节点树状网络 (1)形成支路层次矩阵L 矩阵L行表
38、示支路层次,矩阵L的非零元素分别表示各层的支路号和节点号。图2-l所示网络中,支路共分为3层,即LlL3,支路5、6、9为第一层,支路1、2、3、7、8、10为第二层,支路4、11为第三层,因此其网络层次矩阵L为: (2)形成节点层次矩阵N 如上描述,图2-1的节点层次矩阵N为: (3)形成支路层次关联矩阵M 支路首节点矩阵F和支路末节点矩阵T是为了描述网络中支路与节点的连接关系而建立的。矩阵F和T的列表示支路1-11,矩阵中各元素分别表示各支路对应的首、末节点号。所以矩阵F和矩阵T都是一维矩阵,元素个数等于支路数,第i个元素就是支路i的送端(受端)节点编号。图2-1所示网络中支路送端节点矩阵
39、F和受端节点矩阵T分别为:在树状网络结构中,只有第1层支路没有上层支路,其余的每条支路都只有1条与其直接相连的上层支路,该支路的头节点就是与其直接相连的上层支路的尾节点,根据矩阵F和矩阵T便可以很容易找到任意一条支路的上层支路,形成支路关联矩阵M。若网络支路数为b,则M为一个(bxb)的矩阵。当支路i与支路j直接相连,且支路i是支路j的下层支路,支路j是支路i的上层支路时,M第i行j列元素为1,否则为O。例如在矩阵F中找到首节点为7的支路1,在矩阵E中找末节点为7的支路5,就可以得到支路1的上层支路是支路5,则矩阵M的第1行第5列元素就是1,其余为O。图2-1的支路层次矩阵M可以表示为:支路层
40、次矩阵L和支路关联矩阵M显示了每条支路所处的层次和与这条支路直接相连的上下层支路。支路的电压和功率可以利用这些信息,运用前推回代法计算出来。2.3.3分层前推回代法前推时,每条支路的功率都由该支路的下一层支路功率决定;回代时,节点电压都由上一层节点电压决定。 (1)功率前推 图2-1的支路i.潮流关系的计算公式为: (2)电压回代 第1层回代到第L层,逐层更新支路受端节点的电压,初始化根节点电压,即第一层支路的送端节点电压始终为1。计算公式为:计算各个负荷节点相邻两次迭代电压幅值差最大值,若满足收敛条件,则停止计算,输出结果。本文取:=le-6,k=0。前推回代法潮流计算流程图如图2-2所示:
41、开始网络结构分析输入原始数据计算各节点功率计算各节点电压。图2-2 前推回代法潮流计算流程图2.4仿真分析本文应用的算例为IEEE33母线测试系统,如图2-3所示,系统参数见文献1。分别以不同容量、不同位置、不同功率因数的分布式电源接入所用算例配电网,分析其对系统电压的不同影响。 图2-3 33母线测试系统2.4.1 DG容量对电压的影响要分析DG不同容量给系统电压带来的影响时,首先要固定DG的位置和数量。分布式电源是作为一种辅助电源支持配电网的,而不是配电网供电的主体,分布式电源数量接入过多,会使运行维护成本增加,且会对继电保护造成不良影响,既不经济也不安全。再加之DG产生是有条件的,并非随
42、意获得,所以分布式电源个数的确定应根据当地的自然条件以及安全成本等方面因素综合考虑。本文参照多个文献,选定接入分布式电源个数为2。在明确分布式电源接入数量的情况下,以配网电网损最小为目标,以电压不越限、有功功率和无功功率平衡为约束条件,运用遗传算法求出分布式电源合理的接入位置与容量,然后改变容量分析其对系统电压的影响。Matlab仿真是建立在由遗传算法得到的两个DG较合理的位置上的,即节点12和节点19。改变各个分布式电源的出力,每台出力可以随机为总负荷的20%,40%,60%,80%,100%(保证同时接入两个DG)。功率因数取0.85滞后。DG出力改变见表2-1表2-1 DG容量编号123
43、45占总容量比重20%40%60%80%100%DG容量（KW）7431486222929723715Matlab仿真结果：图2-4 DG容量不同对系统电压的影响仿真结果表明,分布于配电网中的分布式电源对馈线的电压分布的影响非常明显。接入分布式电源后,负荷节点的电压有所上升，因为减少了馈线中传输的功率,同时还有分布式电源无功出力的支持,对负荷节点的电压支撑是有利的。在分布式电源接入位置一定的情况下,电压支撑由分布式电源的总出力决定。在D出力为一定范围内,总出力越多,与负荷的比值越高,电压支撑就越大,整体电压水平就越高,但有时会导致超过安全限制,如图2中当DG容量为60%和80%时,节点电压都严
44、重超过电压限制。随着DG容量的不断增加,电压反而会降低,如图中DG容量接入100%时,这是因为接入大容量的DG,会造成系统潮流反向,致使线路电压下降。分布式电源接入电网后会引起系统内潮流的变化,为了使这种变化处于可控的范围内,通常要对分步式电源的容量进行限制。仅考虑电压稳定的要求,针对本文所采用的算例,DG接入容量应在系统总容量的40%左右。不同网络DG接入容量也不同。实际运行中,即使网络中接有多个分布式电源,但负荷总容量一般仍大于分布式电源的总容量,这是为保证整个配电线路是严格吸收型的受端网络。由于分布式电源的启、停机不受电力系统调度部门的控制,所以如果单台机组容量过大,启、停机时就会对周围
45、的用户用电造成较大的影响。例如,感应发电机需要从电力系统中获得无功支持才能正常运行,当它启动时会造成电压突然下降,而它运行时吸收大量无功,使得线路上的无功电流和无功损耗都会增加。2.4.2 DG位置对电压的影响保持每个分布式电源出力不变只改变它们在网络中的位置。根据之前分析选择较合适的DG容量,约为总容量的40%。然后分别改变DG在系统中的接入位置,分析其对系统电压的影响。为结果更清晰,本次试验只选用一个DG接入,接入位置选择比较有代表性的,即系统的首部、中部和尾部。表2-2出了DG的不同接入位置。表2-2 DG的不同接入位置编号123456DG接入位置2812192531仿真结果：图2-5
46、DG位置不同对系统电压的影响仿真结果表明,总出力相同的分布式发电,分布在不同的位置,得到的电压分布有较大的差异。DG越接近系统母线,对线路电压分布的影响越小;DG接入末节点,造成该节点电压局部升高,极有可能超过额定电压,而对用户产生不良影响;而当该点DG退出运行时,同样会造成线路末端电压变化幅度过大,引起电压闪变等电能质量问题。DG接入馈线中部,局部极大电压在线路中部出现。综上所述,DG不适宜在末节点接入系统,可选择在线路中间偏末端的位置或位置组合,电压变化比较理想。2.4.3 DG功率因数对配网影响DG功率因数对电压的影响传统的配电网网损计算总是与负荷有关。含分布式电源的配电网网损计算不仅和负荷有关，同时还与分布式电源的容量和具体位置以及网络的拓扑结构紧密相关。分布式电源接入配电网后，配电系统由原有的单电源辐射式网络将变为用户互联和多电源的弱环网络。配电网的潮流分布将发生根本性的变化
