基于概率潮流算法的含分布式能源的电力系统设计

雷志勇

（福建水利电力职业技术学院，福建 永安366000）

0 引言

随着能源结构不断调整，我国大力倡导发展绿色能源和推进电力系统环保化，分布式能源系统得到了广泛的应用。在国际大电网会议上，国外专家提出了主动配电网这个概念[1]。主动配电网能有效解决配电网与绿色能源兼容的问题。

虽然分布式能源系统具有环保、高效、灵活等优点，但存在配电端不稳定的问题[2]，如负荷功率、网络运行损耗等不稳定[3]。为了深入分析分布式能源系统的不稳定性特征及其影响，本文运用潮流概率算法，模拟不同状态下的潮流，还原电路的客观运行状态，以掌握分布式电力系统的运行规律。

2 分布式能源发电系统及其有功输出概率

2.1 风力发电系统及其有功输出概率

在绿色可再生能源中，风能储量首屈一指。风能发电机分为同步和异步发电机。虽然异步发电机应用广泛，但是存在效率低的问题。随着技术的进步，变转速双馈异步风力发电机将成为电力企业的最佳选择。

在设计风力发电系统时，应考虑风力输出功率的概率特征。在一年内国内各地不同时间的平均风速基本符合weibull分布。假定当前风速V为连续变量，当风速在Vci和Vr之间时，风力输功率的概率密度函数[4]为：

其中，K、C分别表示形状参数和尺度参数，Pr表示风机装机容量。a、b的值通过下面的公式计算，a=prvci/(vci-vr)，b=pr/(vr-vci)。

当风力系统中有N台风力发电机同时工作时，则有功输出为：Pfarm=NPwind

由此得到风力发电系统的有功输出概率的密度函数为：

2.2 太阳能发电

太阳能光伏发电主要利用光伏特效应，通过太阳能电池板，把光能转化成电能。

太阳能光伏发电的功率近似为：Ppv=rAη

其中，r表示太阳辐射强度，A表示太阳能光伏电池板的面基，η表示光电转换效率。

光伏发电有功输出的概率函数为：

其中，rmax为太阳光辐射的最大强度。

光伏发电系统有功输出的概率密度函数为：

2.3 微型燃气轮机发电

微型燃气轮机主要利用回热循环技术和基于径流式叶轮机发电，属于热力发电机。微型燃气轮机是一种小型发电机，虽然电力容量有限，但作为一种清洁能源发电系统具有许多优良特性，可使用的燃料种类多，耗损率低，废物排量少。微型燃气轮机除了用作分布式新能源发电设备外，还可以用作应急发电设备、备用供电设备。无论是在城区还是在边远的乡村，都可以安装微型燃气轮机。

2.4 燃料电池发电

燃料电池发电设备把燃料中的化学能经过一系列转化，转化成可有效利用的电能。燃料电池发电系统的常用燃料电池包括碱性燃料电池和憐酸型燃料电池。燃料型电池的优点是能量转化效率高，发电系统建设周期短、成本低。

3 基于概率潮流算法的分布式能源电力系统设计

配电网的潮流算法种类繁多，常用方法主要有Newton算法[5]、母线类方法和支路类算法。Newton算法又分为Newton-Raphson算法和快速分解潮流算法。本文选择Newton-Raphson算法。考虑到Newton-Raphson算法对多个电源系统能进行高效处理，在多终端电源接入时省去了编码环节，本文使用Newton-Raphson算法，计算含有多种分布式能源的潮流。求解过程如下：

先将Newton-Raphson算法的潮流计算公式表示为极坐标形式：

然后展开泰勒级数，取一次项，由此获得如下方程组：

在式中，ΔP、ΔQ为潮流方程的残压相量，合计有(2n-1)个维度，ΔQ、ΔU表示电压修正的量，合计有(2n-2)维度，K表示Jacobian矩阵。

在Jacobian矩阵中每个变量的求解公式如下：

通过潮流概率算法，可以计算在多种场景下分布式能源的潮流，以模拟分布式能源系统运行时的潮流变化规律。模拟结果是电力调控人员合理配置电力资源的依据。

4 结语

本文引入潮流概率算法思想，计算分布式能源系统的潮流概率，以设计更合理的电力网络系统。

：

[1]尤毅,刘东,于文鹏,等.主动配电网技术及其进展[J].电力系统自动化，2012(18):10-16.

[2]何后裕,何华琴,李小双.分布式光伏接入对配电网网络损耗的影响分析[J].现代电子技术，2014(6):158-162.

[3]刘波,张焰,杨娜.改进的粒子群优化算法在分布式电源选址和定容中的应用[J].电工技术学报，2008(2):103-108.

[4]董雷,程卫东,杨以涵.含风电场的电力系统概率潮流计算[J].电网技术，2009(16):87-91.

[5]曲鑫.基于概率潮流的有源配电网规划研究[D].北京：北京交通大学,2015.