含有分布式电源的配电网潮流计算现状

张晓雷　鲁庆海　费明

摘 要：文章主要介绍了分布式发电的几种类型，即：微型燃气轮机、燃料电池、太阳能光伏电池和风能发电。计及DG影响的潮流计算改进方法，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，给出了配电网潮流计算的应用领域。

关键词：分布式电源；配电网；潮流计算

1 分布式发电的类型

目前，分布式发电有很多种类型，各自具有不同的发电原理与发电方式。由于电网使用的是具有额定频率的交流电，因此分布式电源与电网连接将最终要转换成额定频率的交流电。不同类型的分布式电源与电网的连接方式各不相同，大致上可分为：通过同步发电机和感应发电机等交流发电机与系统连接的方式，如往复式发动机与燃气轮机等；以及把分布式电源发出的直流电通过换流器转换成交流电与电网连接的方式，如太阳能光发电和燃料电池。对于风力发电机，由于风速的改变，风机的转速变化，交流发电机的频率发生变化，可以通过将交流电先转换成直流电再转换成额定频率交流电的连接方式。对于微型燃气轮机同样可以通过“交—直—交”的方式把高频交流电转换成额定频率交流电与电网连接。

2 分布式电源的分类

分布式发电是指直接布置在配电网或分布在用户附近，发电功率在数千瓦至50WM、与环境兼容的独立电源。分布式发电主要包括微型燃气轮机（Micro-turbines）、燃料电池（Fuel Cell）、太阳能光伏电池（Photovoltaic Cell）和风力发电机（Wind Turbine）等。

2.1 微型燃气轮机

微型燃气轮机具有多台集成扩容、体积小、质量轻、发电效率高、污染小、运行维护简单等技术特征，除了分布式发电外，还可用于备用电站、热电联产、尖峰负荷发电等，它是目前最成熟、最具有商业竞争力的分布式电源之一。

2.2 燃料电池

与常规发电方式相比燃料电池具有以下优点：1、能量转化效率高，燃料电池的能量转化效率可达80%-95%；2、发电效率高，可达50%-60%；3、适应负荷变化能力极强，当负荷变化在25%-100%范围内时，电池效率都不受影响。4、清洁无污染，没有噪音污染；5、燃料电池能用于的燃料非常广泛，如煤、石油、天然气等；6、模块化组装方式，安装、维护的方便；7、占地少、建设快。

2.3 太阳能光伏电池

目前应用的太阳能光伏电池是一种半导体器件（如单晶硅、多晶硅），受到太阳光照时能产生光伏效应，将太阳光能转变成直流电能。在使用时将太阳能光伏电池封装成组件，然后根据需要将组件串并联组成方阵。光伏电池的输出功率受日照强度、电池结温等因素的影响，不能调度。

2.4 风能发电

风力发电是将风能转化为电能的一种发电技术。风力发电通过风力发电机将风能转化为电能，它不需要消耗燃料，是一种清洁型能源。风机的输出功率由风场的风速决定。

3 含有分布式电源的配电网潮流计算

分布式电源（DG）与传统大电网并联运行后，大量电力电子设备和电容、电感的引入，将改变传统电力系统的网络拓扑，从而影响潮流的分布，给电网的稳定性带来了不确定性。

国内外学者研究了一些计及DG影响的潮流计算改进方法。包含DG的配电网潮流计算与普通潮流计算的區别之一是DG的潮流计算模型与传统发电机组计算模型不一致。传统的发电机节点在潮流计算中一般取为PQ节点、PV节点或平衡节点。而DG有特殊性，其节点能否取为这3种节点类型需要全面考虑。潮流计算中究竟如何选取DG的节点类型目前还没有得到充分研究。

目前主要的改进方法之一是对不同类型的DG分别建模，使DG能够以比较通用的形式加入到配网潮流计算中去。国外有学者针对辐射状配电系统，应用前推回代法求解潮流，将系统中分布式发电模拟成PV节点，应用PV节点敏感性矩阵来消除电压幅值的偏差。在我国，有相关学者对DG与电网互联的3种常见接口形式进行了介绍，对异步发电机、无励磁调节能力的同步发电机和燃料电池等几种典型DG的运行方式和控制特性进行研究，建立了各自在潮流计算中所需的数学模型，并在此基础上提出了基于灵敏度补偿的配电网潮流计算方法。

近年来，对分布式发电潮流计算的研究进一步深化和扩展，提出了更适用于实际的分布式发电系统潮流计算的方法，同时还出现了一些创新性很强的方法值得进一步的拓展。为了解决实时性潮流计算问题，Dariush等人提出了一种初等配电系统三相潮流计算的实时解析法。该方法是基于补偿法的弱环网潮流计算法的直接扩展，加重了对分布式发电的控制。其中补偿法的理念能够较成功地减少PV节点的电压幅值误差，从而使这种方法能够较好地适应部分含有分布式发电的初等配电系统。另外，王成山、郑海峰等人提出了适用于风力发电、太阳能发电等随机发电模型的随机潮流计算方法，它运用了概率统计方法处理系统运行中的随机变化因素，给出系统运行电压、支路潮流等概率分布情况，可以更深刻地揭示系统运行状况，为系统安全运行决策提供更完整的信息。

随机潮流考虑的随机因素包括负荷的不确定性、发电机的强迫停运和随机出力。随机潮流的解析法在随机潮流计算模型中将交流潮流方程线性化，并认为节点注入功率的变化是独立的，将系统状态变量视为各独立诸如功率变量的线性和，权重系数为灵敏度系数；并采用卷积运算和级数展开等方法获得状态变量的分布。