分布式电源对弱环配电网电压分布影响分析

金昌锦,李少纲,陈端航

(福州大学电气工程与自动化学院，福建 福州 350108)

分布式电源对弱环配电网电压分布影响分析

金昌锦,李少纲,陈端航

(福州大学电气工程与自动化学院，福建 福州 350108)

由于传统前推回代法无法处理含弱环网的配电系统，基于叠加原理的改进型前推回代法对含分布式电源的弱环配电网进行潮流计算。以IEEE33节点配电系统为算例，研究分析接入分布式电源对辐射状配电网和弱环配电网电压分布的不同影响，并总结了分布式电源接入位置，出力大小对弱环配电网电压支撑的程度。

分布式电源；弱环配电网；潮流计算；电压分布

1 引言

分布式发电是指功率在几十千瓦到几十兆瓦范围内分布在负荷附近的清洁环保发电,设施能够经济、高效、可靠地发电。分布式发电是区别于传统集中发电，远距离传输，大互联网络的发电形式。分布式电源的原动机可以是燃气轮机、内燃机、风轮机、太阳能光伏、燃料电池储能等多种形式的能源转换装置。中小容量的分布式电源接入配电网络后，极少正面参与电压调节。

传统的的配电网主要是闭环设计，开环运行。随着电力系统的发展，越来越多的配电网在运行时包含有弱环网并且有大量分布式电源接入，在配电网实际运行和优化计算时，需要计算分段开关和联络开关闭合时的弱环网潮流，同时分布式电源的接入与弱环网同时存在会对配电网产生多种影响[1]。分布式发电的引入使得配电系统从放射状无源网络变为分布有中小型电源的有源网络，也对配电网网损、电压的分布及有功功率和无功功率的数量及传输方向均有很大影响。

分布式电源接入配电网后会对配电网运行产生影响，潮流计算是量化分析其影响的基本手段之一，文献[1]结合分布式电源出力变化接入位置变化以及与线路电压调节配合的试验全面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；文献[2]引入风力-太阳能混合发电系统的配电网的随机潮流计算进行研究，建立了随机潮流分析模型，把风力发电和太阳能发电系统处理为PQ节点类型。文献[3]将常见的各种分布式电源归结为PV 节点、PI 节点或PQ(V)节点，提出了基于牛顿法的配电网三相潮流计算方法。文献[4]针对含有PV型分布式电源的弱环网提出了基于灵敏度阻抗矩阵的无功补偿量计算方法来处理PV节点。文献[5]在对风力发电机组、光伏发电系统、燃料电池、蓄电池、高频微型燃气轮机及工频热电联产机组的运行和控制性能详细分析的基础上，建立各种分布式电源潮流计算模型，考虑配电网环网问题，提出了改进型的前推回代法。但以上文献都没有对分布式电源接入弱环网时不同因素对电压分布的影响情况进行详细分析。

本文运用基于叠加原理的改进型前推回代法对含分布式电源的弱环配电网进行潮流计算，具体研究了分布式电源接入容量，接入位置对弱环网电压抬升情况，总结了分布式电源接入对弱环配电网的影响。

2 计及DG的弱环配电网潮流算法

本文基于前推回代法，采用能处理弱环网和分布式电源的潮流计算方法[6]。运用基于叠加定理的改进型前推回代法处理弱环网：将弱环配电网在合环点处分解为两个网络，开环运行的纯辐射状网络和仅有环路的纯环状网络。纯辐射状网络采用传统前推回代法计算，纯环状网络采用回路电流法计算。配电网中一般只包含平衡节点和给定有功功率P和无功功率Q的节点，本文为便于研究采用恒功率静态模型来表示馈线上各节点的负荷。同时假设负荷三相对称，因电压等级较低，配电线路长度较短，三相线路间的互感也不予考虑，所有线路阻抗均折合到系统电压等级。

3 基于叠加原理的改进型前推回代法实现

本文算法计算步骤如下：

(1)从数据库中读取节点数据，选取解环节点及环网所包含的节点，各个DG接入节点数据。

(2)初始化开环电压V0和环路电流Il为0,各节点电压初始值设为根节点电压。计算环路总阻抗Z。

(3)计算包含DG节点的节点注入电流。

(4)回推计算各节点电流，将环路电流叠加到各个环网支路，前推求解节点电压。

(5)检查开环点电压差及前后两次迭代计算中节点电压差是否满足收敛判据，满足则迭代结束，不满足则更新环路电流Il返回步骤2继续迭代。

4 仿真与算例分析

本文对含有弱环网及分布式电源的33 节点配电系统进行潮流计算，该系统的网络参数见文献[6]，原系统中有五处联络线，可以形成五个环网。本文选择选择其中的1号，2号和4号环网为例，并在环网内设置分布式电源。功率基准值取S=10MVA，线电压基准值U=12.66kV。分布式电源出力以及位置信息如表1所示，IEEE33节点配电系统如图1。

表1 分布式电源的出力和位置信息[1]

图1 33节点配电系统

4.1 DG接入对辐射状配网电压分布影响

自杀是一种复杂的社会现象，研究者可以从多个方面来理解和考察。在进化心理学的框架下，de Catanzaro(1991)提出的适应器理论激发了众多的研究，值得感兴趣的研究者予以关注。不过，这一理论依然还需要更多研究的检验，而感兴趣的研究者可以在未来着重考虑以下几个方面。

将33节点配电系统中的联络线开关全部打开，网络为无环网的纯辐射状配电网。接入分布式电源，分布式电源容量及位置情况如表1所示。分布式电源接入对电压分布的影响如图2。

图2 并入DGS前后馈线的电压分布

从图2可以看出DGS接入对辐射状配电网馈线电压起到了很大的抬升作用，最低的电压节点值从0.9132 p.u.上升到了0.9501 p.u.。

4.2 含环网未接入DG时电压分布

分别将网络中1号，2号和4号联络线支路的开关闭合形成环网，进行潮流计算结果如图3所示。

从图中可以看出闭合环网1和2对电压抬升作用较大，闭合环网4对电压抬升作用不明显，在合环点甚至出现电压略微下降。这和合环点两端电压差密切相关，合环会把电压水平拉至两个原始合环节点电压的中间值。因此恰当的选择合环点对改变电压分布十分重要。

0,1,2,4对应所闭合的联络线

4.3 分布式电源出力变化对环网电压分布影响

以仅接入环网2为例，其他网络参数和负荷不变，分布式电源安装位置不变，对接入的所有DG分别在0,33%,66%,100%出力时电压分布情况如图4所示。

0%，33%，67%，100%表示DG出力

从图中可以看出DG出力大小直接影响馈线电压分布，出力越大对馈线的电压支撑作用越大。同时对于环网所在的1-11，18-21节点，DG接入容量越大，电压变化越平稳，电压降越小。若DG接入容量过大则可能导致电压越限。

4.4 分布式电源位置变化对环网电压分布影响

同样以环网2为例，其他网络参数和负荷不变，DG出力不变，只改变DG在网络中的位置。试验的位置信息如表2所示。

试验结果如图5，图6所示。

从图5可以看出，总出力相同的分布式发电源分布在不同的位置组合，得到的电压分布有着较大的差异，当大容量DG安装位置远离母线的时候，对节点电压提升很大，甚至超过了1p.u.，从电压支撑角度来看，曲线2的电压支撑效果最好。

表2 DGS位置变化的信息

1,2,3对应表2中的编号

1,4,5对应表2中的编号

从曲线4可以看出大容量DG接入环网可以减少电压抬升，使馈线整体电压分布趋于平稳。在不恰当的位置接入DG的电压支撑会使得某些节点的电压高于额定电压(曲线5)。分布式发电的总容量越大，则接入节点的电压越高，甚至高于送端系统母线电压此时末节点的分布式发电退出运行线路末端的电压变化幅度将过大。通常电压极值点出现在线路首端，但当DG容量较大时，如曲线5所示，电压极值也会出现在线路中部的接入节点。

当环网解环形成辐射状配网且大容量分布式电源同时退出运行，环网和DG产生的电压支撑同时消失，也会造成电压骤降，对系统安全稳定运行构成威胁。

5 结论

本文基于弱环配电网络，分布式恒功率静态负荷结合多个仿真试验说明分布式发电对配电网稳态电压分布的影响并得出如下结论：

(1)辐射状配电网闭合联络线形成弱环网会对形成环网部分节点电压起抬升作用。合环点电压差越大，合环后对电压较低的节点电压提升越多。

(2)在环网存在的情况下，线路长度仍对电压降有较大影响，线路长度较长的环网，电压降仍旧较大。

(3)分布式电源对弱环网和辐射状电网的电压分布都有相当的影响，影响程度与分布式电源接入容量，位置，功率因数密切相关。

(4)弱环网对分布式电源带来的电压抬升有一定抑制作用，当较大容量分布式电源接入时可以考虑接入环网中以减小电压升。

(5)弱环网解环时要考虑环内是否存在大容量的分布式电源，否则解环的同时分布式电源解列，会导致电压瞬间骤降，影响电网稳定性。

[1] 王志群,朱守真,周双喜,等.分布式发电对配电网电压分布的影响[J].电力系统自动化,2004,28(16):56-60.

[2] 王成山,郑海峰,谢莹华,等.计及分布式发电的配电系统随机潮流计算[J].电力系统自动化,2005,29(24):39-44.

[3] 王守相，黄丽娟，王成山.分布式发电系统的不平衡三相潮流计算[J].电力自动化设备，2007，27(8)：11-15.

[4] 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,2011,39(10):38-42.

[5] 丁明,郭学凤.含多种分布式电源的弱环配电网三相潮流计算[J].中国电机工程学报,2009,29(13):35-40.88

[6] 车仁飞,李仁俊.一种少环配电网三相潮流计算新方法[J].中国电机工程学报,2003,23(1):74-80.

[7] Baran M,Wu F F.NETWORK RECONFIGURATION IN DISTRIBUTION SYSTEMS FOR LOSS REDUCTION AND LOAD BALANCING[J].IEEE Transactions on Power Delivery,1989,4(2):1401-1407.

[8] 李红伟,张安安.含PV型分布式电源的弱环配电网三相潮流计算[J].中国电机工程学报,2012,32(4):128-135.

Analysis of the Distributed Power Supply to Weak Loop Distribution Grid Voltage Infuence

JINChang-jin，LIShao-gang，CHENDuan-hang

(College of Electrical Engineering and Automation,Fuzhou University，Fuzhou 350108，China)

Because traditional back/forward sweep power flow calculation are not applicable to the weakly meshed distribution network，this paper calculated based on the superposition principle of improved back/forward sweep power flow calculation.IEEE33 node distribution system as an example，research and analysis of the different voltage profile between radial distribution network and weakly meshed distribution network，and summarizes distributed dower access locations，output power size influence the grid voltage.

distributed generation；weak meshed distribution system；flow calculation；voltage distribution

1004-289X(2015)03-0091-04

TM72

B

2014-05-05

金昌锦(1988-)，男，硕士研究生，研究方向为分布式能源与配电网； 李少纲(1962-)，男，副教授，硕导，研究方向建筑电气； 陈端航(1989-)，男，硕士研究生，研究方向新能源应用。