應用于獨立運行微電網(wǎng)的潮流計算方法

1、應用于獨立運行微電網(wǎng)的潮流計算方法y.h. liu, z.q. wu, s.j lin, n p brandon摘 要：大多數(shù)現(xiàn)有的潮流計算方法的使用基準節(jié)點作為整個系統(tǒng)的參 考節(jié)點。越來越多的新的分布式電源( dgrs)被添加到電網(wǎng)中。有時，局部電網(wǎng)的需求或失效可能導致獨立微電網(wǎng)形成，其被稱為“獨立源”系統(tǒng)。然而，目前的分布式電源往往是有限的，沒有任何單獨的dgr可平衡電力需求和穩(wěn)定微電網(wǎng)的頻率，這意味著沒有任何不穩(wěn)定的節(jié)點從該微電網(wǎng)可以被控制。根據(jù)現(xiàn)有的研究， 一個dgr再加上個專門的能源存儲系統(tǒng)和適當?shù)目刂撇呗?這里稱為分布式發(fā)電(dg)系統(tǒng)）有能力來調(diào)整其輸出。這意味著個分布式發(fā)電機系

2、統(tǒng)可以動態(tài)地響應電網(wǎng)。這分布式發(fā)電是指個系統(tǒng)可以動態(tài)地響應電網(wǎng)。本文將介紹一個新的潮流計算方法（關(guān)于牛頓拉夫遜潮流的解決方案為基礎）具有良好的收斂性，在一個獨立源系統(tǒng)可以容納個平衡節(jié)點。這種潮流結(jié)果和整個系統(tǒng)的頻率。該方法建議中詳細討論了不同的分布式發(fā)電機的例子系統(tǒng)的各種調(diào)整系數(shù)和負荷模型。是相對于傳統(tǒng)的潮流計算方法，使用平衡節(jié)點。總之，該論文表明，改進方法更適合于網(wǎng)狀拓撲系統(tǒng)獨立源和微型電網(wǎng)管理穩(wěn)定節(jié)點。 關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電，獨立源，微電網(wǎng)，潮流計算，電力系統(tǒng)一、符號說明a系數(shù)i，j 節(jié)點數(shù)目：b常數(shù)n 節(jié)點系統(tǒng)的數(shù)目：m 非動力源系統(tǒng)中的節(jié)點數(shù)u； ai 復合負荷模型恒定阻抗負荷百分比系數(shù)

3、； bi 復合負載模型恒定流負載百分比系數(shù)； ci 復合負載模型恒定功率負載百分比系數(shù)； kg,p 分布式發(fā)電機有功功率調(diào)節(jié)系數(shù)； kg,q 分布式發(fā)電機無功功率調(diào)節(jié)系數(shù)： kli,p 負荷有功功率調(diào)節(jié)系數(shù); kli,q 負荷無功功率調(diào)節(jié)系數(shù);c變量p 有功功率；pi 有源功率節(jié)點i； 電壓相角；ij i和j之間的電壓相角差節(jié)q 無功功率：pi 有功功率注入到節(jié)點i：qi 無功功率注入到節(jié)點i：u 電壓大?。簎i 節(jié)點i的電壓；uj 節(jié)點j的電壓；p 有功功率的導數(shù)值；q 無功功率的導數(shù)值；u 電壓幅值的導數(shù)f；f 系統(tǒng)頻率； f 系統(tǒng)頻率的導數(shù)值；d.標g 發(fā)電機；l 負載；p 有功功率；q

4、 無功功率0 初始值二、引言作為電力系統(tǒng)的分析和控制的基礎，潮流計算得到了廣泛研究和廣泛應用。最傳統(tǒng)的潮流計算方法需要設置系統(tǒng)在計算平衡節(jié)點。越來越多的新的分布式發(fā)電資源( dgrs)被添加到電網(wǎng)。這些可以包括內(nèi)燃機，微型燃氣輪機，燃料電池，風力渦輪機，波浪能和潮汐的分布式發(fā)電機( dg)發(fā)電機這種輸出往往不作為個傳統(tǒng)的發(fā)電機。通常，與一個在獨立源微型電網(wǎng)中頻率調(diào)節(jié)器相比，由于損耗、傳統(tǒng)體制，電力系統(tǒng)的負荷總是隨時間變化而變化。因此，在獨立源微電網(wǎng)，沒有任何單一的發(fā)生器，可以使整個系統(tǒng)日益增加的需求平衡。這意味著沒有任何一個獨立源微電網(wǎng)系統(tǒng)，這是從傳統(tǒng)的權(quán)力本質(zhì)上的大型電力系統(tǒng)潮流計算不同潮流

5、計算的不穩(wěn)定節(jié)點。已有的研究對分布式電源( dgrs)這表明，有功功率，無功功率和輸出電壓可調(diào)節(jié)分布式電源。lopes和同事討論了通過兩國能源分布式存儲和逆變器控制生成，可以實現(xiàn)電源頻率和電壓，無功作為微型渦輪機和傳統(tǒng)的同步發(fā)電機的功率類似的特征。k. de brabandere , 討論了一個獨立源系統(tǒng)的電壓和頻率下降的逆變器并聯(lián)控制策略。電壓和功率調(diào)整dgrs能力在論文中會被考慮，幾乎所有分布式電源已處理作為個松弛pq 的節(jié)點。但是在潮流計算仍然需要不穩(wěn)定節(jié)點。傳統(tǒng)的分配制度包括徑向，鏈條或其他簡單的結(jié)構(gòu)。使用嵌入式發(fā)電機是一個靈活的結(jié)構(gòu)可以確保電力供應給客戶。然而，靈活的結(jié)構(gòu)也可能導致個

6、復雜的網(wǎng)絡拓撲。由于其二次收斂的牛頓迭代法是廣泛應用于電力與復雜拓撲網(wǎng)的解決方案。在此，提出一種新的潮流計算方法的牛頓拉夫遜方法基礎上，提出解決孤島微電網(wǎng)潮流。沒有任何不穩(wěn)定節(jié)點設置，而電壓和功率調(diào)節(jié)能力的分布式電源考慮?；趇eee 5節(jié)點與環(huán)結(jié)構(gòu)， 一個系統(tǒng)是一系列的比較，例如：不同地點的dgs，不同特性的dgs，以及具有不同特點的負載。 三、獨立源微電網(wǎng)一般來說，分布式發(fā)電機范圍輸出功率為從幾千瓦到50兆瓦。雖然普通的水電發(fā)電機和燃煤發(fā)電機容量大約從百萬千瓦到300兆瓦。因此dg的容量遠小于普通的發(fā)電機。雖然一些接口（通常是逆變器），分布式發(fā)電機可以提供功率給交流負載。因此，一個分布式發(fā)

7、電機的能力大大高于傳統(tǒng)的發(fā)電機。通過控制逆變器，分布式發(fā)電機的輸出可以被控制。有時一個大型系統(tǒng)故障是由獨立源系統(tǒng)的造成的。為了維持當?shù)氐碾娏?，分布式發(fā)電機和它的本地負載作為獨立的系統(tǒng)，而不是成為某個保持與主電網(wǎng)的連結(jié)獨立源系統(tǒng)。另種情況是為了滿足些偏遠的客戶 或大客戶的需求。電力供應商和當?shù)氐呢摵勺匀欢坏男纬蓚€微電網(wǎng)，這個稱為獨立源系統(tǒng)。局部使用分布式發(fā)電供電可以節(jié)省能源和成本。獨立源意味著微電網(wǎng)絡是完全獨立，從大規(guī)模的系統(tǒng)中分離出來，并沒有與電氣或磁性連接。整個系統(tǒng)必須保持平衡的頻率和電壓，整個系統(tǒng)的水平必須維持在可接受的范圍內(nèi)。由于分布式發(fā)電機的輸出是太有限頻率進行調(diào)整，分布式發(fā)電機

8、必須攜手合作。 四、潮流計算相對于傳統(tǒng)的潮流計算，本論文所介紹的潮流和頻率計算分析與分布式發(fā)電系統(tǒng)獨立源。a節(jié)點類型在傳統(tǒng)的潮流計算，第一個步驟是分類系統(tǒng)的節(jié)點。系統(tǒng)的節(jié)點通常可以分為三大類：pq的節(jié)點，pv節(jié)點和不穩(wěn)定節(jié)點（v節(jié)點）。平衡節(jié)點，也稱為松弛節(jié)點，擔負著整個系統(tǒng)的頻率調(diào)整。這通常是個大型的水電站，它有能力迅速產(chǎn)生大量的輸出。在現(xiàn)實的系統(tǒng)里負載隨著時間的變化。發(fā)電機的輸出隨負荷相應變化。整個系統(tǒng)，保持動態(tài)平衡與它的頻率，維持在可接受的范圍之內(nèi)。在本文中，在整個變化的系統(tǒng)中分布式發(fā)電機的輸出被自動分配給動態(tài)平衡負載。這里是松弛的pq的節(jié)點，而不是任何其他類型的節(jié)點，例如平衡節(jié)點。b.

9、節(jié)點方程每一個分布式發(fā)電機都有調(diào)節(jié)不同功率的能力，通過他的等式方程表示不同的調(diào)節(jié)系數(shù)：pgi=pgi01-kgi,p(f-f0)qgi=qgi01-kgi,p(u-ugi,0) (1)本文的負荷模型是一個組合模型的三種單獨的模型構(gòu)造?？紤]靜態(tài)特性，任何負荷節(jié)點的功率方程被（2）：pli=pli0ai,p(uiui0)2+bi,puiui0+ci,p1+kli,p(f-f0)qli=qli0ai,p(uiui0)2+bi,puiui0+ci,q1+kli,q(f-f0) (2) 其中 ai+bi+ci=l.c.雅可比矩陣關(guān)鍵問題是使用牛頓迭代潮流的解決方案是雅可比矩陣及的逆。上述節(jié)點功率平衡方程

10、考慮的是電源和負載的調(diào)節(jié)作用。因此，除分矩陣l（n*n）,m(n*n-1階)，n（n*n階）和h（n*n-1階）相似與傳統(tǒng)的雅可比矩陣，有額外的子矩陣e（n*1階），m（n*1階）分別表示其之間的有功與無功功率頻率偏差的關(guān)系： qp=- lmenhf uuf (3)各子矩陣的詳細內(nèi)容是為如下： 這里的gij和bij是電導實部。lvi和nvi是有功功率和負載靜態(tài)調(diào)整的影響系數(shù)：五、實例分析一般來說，一個傳統(tǒng)的分布式電力系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)是根。一個拓撲分布式網(wǎng)絡與分布式發(fā)電機可能更為復雜。對牛頓迭代法的基礎上，本文提出的方法適應了這兩個根和循環(huán)網(wǎng)絡潮流計算的拓撲：a.系統(tǒng)及參數(shù)在一個例子，把在iee

11、e5節(jié)點高電壓系統(tǒng)（傳輸系統(tǒng)）轉(zhuǎn)化一個微電網(wǎng)(圖1)。除了減少系統(tǒng)的基礎能力到100kva，我們消除了在低電壓等級中不被考慮的分支。其他參數(shù)是在文獻中給出的相同。b假定條件電阻和電抗分布式系統(tǒng)是不同的傳輸系統(tǒng)?，F(xiàn)實的分布式系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)更有可能會比在本文的例子復雜。討論的重點在獨立源系統(tǒng)與各個分布式發(fā)電機的合作的潮流計算。每個分布式發(fā)電機的超出限制的輸出功率/電壓沒有被考慮到。我們假設系統(tǒng)的頻率保持在一個可接受的范圍。假定功率源的等效調(diào)節(jié)系數(shù)和負載系數(shù)值，用來方便計算的和討論。例如，如果一個分布式發(fā)電機無功功率調(diào)節(jié)能力很差，那么它的無功功率調(diào)節(jié)系數(shù)設置為0。在此模型中，我們只討論對稱三相功率潮

12、流。復雜的三相不對稱情況將在進一步的工作中被討論。c算例和參考數(shù)據(jù)構(gòu)建一系列的比較，基于ieee 5節(jié)點與環(huán)結(jié)構(gòu)體系（圖1）。表1顯示的分布式電源不同地點，不同分布式發(fā)電的不同特征被賦予不同的系數(shù)。負荷調(diào)節(jié)能力已考慮。表 不同的調(diào)控系數(shù)k1k2k3k4k5k6nkv1kf1kv2kf2kv3kf3kv4kf4kv5kf5kv6kf61-22-22-22-2200-222-22-22-22-2200-223-22-22-22-2200-22420200202040002020101052040204020200020401020kf（頻率調(diào)節(jié)系數(shù)）-dg：kg，p;負載：kl,p。kv（電壓調(diào)節(jié)

13、系數(shù)）-dg：kg，q;負載：kl,q。表1從k1的dgs不同于k2：k3的dgs與這些在k1中顯示的交換了位置;k4顯示的dgs也沒有調(diào)控能力：k5的不考慮每個負載的調(diào)節(jié)能力。k6意味著每個dg達到kl一半的能力。不同負荷模型被認為是通過給定不同復臺載荷的比例系數(shù)而構(gòu)成的。表不同負荷對比模型百分比l1:combined nodell2:pure resistancel3:pure currentl4:pure powera1b1c1a2b2c2a3b3c3a4b4c4pl0.30.30.4100010001ql0.30.30.310001000113例(c)被比較（見表三）。前兩個co和ci

14、的情況下使用的是傳統(tǒng)的電力潮流計算方法供應量(m1)，其他例子使用在這個論文中提出改進方法量(m2)。節(jié)點5設置是不穩(wěn)定供應量m1節(jié)點。在m2，c2到c9中考慮到中不同的調(diào)控系數(shù)和他們的不同位置（表一所示），不同負荷不同調(diào)節(jié)系數(shù)（表一所示），不同的負荷模型（表二所示）。表對照不同的計算例c描述不同的案例0m1:恒定功率負載,基本負載1m1:恒定功率負載,每個負載增加10%2m2:k1 電壓恒定系數(shù),l1 負載,基本負載3m2:k1 電壓恒定系數(shù),l1 每個負載增加10%4m2:k2 電壓恒定系數(shù),l1 基本負載5m2:k3 電壓恒定系數(shù),l1 基本負載6m2:k4 電壓恒定系數(shù),l1 基本負載

15、7m2:k4 電壓恒定系數(shù),l1 每個負載增加10%8m2:k5 電壓恒定系數(shù),l1 基本負載9m2:k6 電壓恒定系數(shù),l1 基本負載10m2:k6 電壓恒定系數(shù),l2 基本負載11m2:k6 電壓恒定系數(shù),l3 基本負載12m2:k6 電壓恒定系數(shù),l4 基本負載c:不同的計算例，m:潮流計算法，m1-傳統(tǒng)方法，m2-改進方法；k1-k6：發(fā)電系數(shù)不同的負荷模型，見表一；l1-l4:基本負載模型，見表二。初始值在表四表示（數(shù)據(jù)每單位價值）；表四顯示每個電力節(jié)點的初試數(shù)據(jù)。對每個節(jié)點的電壓大小的初試值是1.0，每個節(jié)點電壓的電壓相是0.表 初始值有功/無功功率在每個節(jié)點節(jié)點12345pq1.

16、62.03.75.0052.680.81.01.31.812.2d.結(jié)論迭代結(jié)果的誤差小于10-5 在m1，頻率總是被看成50hz.表五顯示的是m2在不同的例子中系統(tǒng)頻率的計算：表 系統(tǒng)頻率不同c2345 6 789101112f5049.88449.89549.99647.21349.1075049.98349.7449.96850.121圖2，3和4分別顯示了（單位價值）如何有功功率，無功功率和電壓隨不同的情況而變化。為了方便比較，所有數(shù)據(jù)都是單位值。此外，每個數(shù)據(jù)的基礎線已在轉(zhuǎn)移到圖2和3。尋找數(shù)據(jù)的實際值如2所示，下面的步驟是必要的。對于節(jié)點l：扣除1；節(jié)點2：扣除2；節(jié)點3：增加3；

17、節(jié)點4：添加5，節(jié)點；加2。同樣，對于無功節(jié)點4和5在圖3中，原來的值可以得到加1的數(shù)據(jù)顯示。實際的單位電壓值如圖4所示。圖2 5節(jié)點在不同情況下的有功功率 圖3 5節(jié)點在不同情況下的無功功率圖4 5節(jié)點在不同情況下的電壓水平d結(jié)論1.案例1與案例0比較表明，在傳統(tǒng)的潮流計算，節(jié)點5獨自承擔任務以滿足增加的電力需求活躍，連同節(jié)點4，平衡無功功率的需求不斷增加。它會導致在節(jié)點1電壓處于最低水平，同時保持其他節(jié)點電壓水平。例2例3比較表明，使用該方法時，所有的分布式發(fā)電份額的負載，并且在每個節(jié)點增加負荷的電壓是可以接受的電壓等級減少的結(jié)果。2.比較例2，4和5表明不同類型的電源，不同的位置分布式發(fā)

18、電機，導致功率的潮流改變。3.比較例2，6和7。例2中系統(tǒng)電壓和頻率都超出可按受的范圍因為分布式發(fā)電缺乏調(diào)控能力。比較案例2例8表明，負載調(diào)節(jié)能力對系統(tǒng)的頻率和潮流的影響不大。4.對比的9，10，11，12顯示，不同的負荷模型及其組合可以大大影響系統(tǒng)的頻率和潮流。5.從討論3和4我們知道，在一簡單的系統(tǒng)中其負載調(diào)整頻率的影響和潮流取決于是否負荷控制能力是比電源的強或不強。六、結(jié) 論本文提出相對于傳統(tǒng)的潮流計算改進后的潮流計算方法反映了獨立源運行和微電網(wǎng)的控制規(guī)則。它可以分析一個獨立運行系統(tǒng)的潮流和系統(tǒng)頻率。在一個獨立源系統(tǒng)，有功功率-頻率和無功功率-電壓的各種分布式發(fā)電的調(diào)控能力對系統(tǒng)的穩(wěn)定有

19、積極作用。成功協(xié)調(diào)每個分布式發(fā)電的輸出控制，以平衡負載的變化和維持系統(tǒng)頻率及電壓等級，關(guān)鍵是一個穩(wěn)定的獨立運行系統(tǒng)。進一步研究規(guī)范分布式電動機控制。七、致 謝作者們非常感謝提供資料人dr.offer,gregory j,他對這份文件的原始版本的工作。參考文獻：1 lin c e ,huang y w, huang c l. distribution system load flow calculation with microcomputer implementation. electrical power system research, vol. 13,pp 139-145,1987.2

20、10 k. l, zhang c. decomposed three phase power flow solution using the sequence component frame, proc lee, vol. 140,joumal 3,pp.181-187, 1993.3 zhangxiao-ping. fast three phase load flow methods. if,f,e transactions on power systems. vol. ll.joumal 3, pp.248-252. 1996.4ghosh s., das d. mcthod for lo

21、ad flow solution of radial distribution networks. lee proceeding g t. d., vol.146, journal6, 641-648,1999.5 zhao dongmci, zhuo junfeng, opf based survey ofalgorithms for optimal power flow problems. modern electric power . v01.19.joumal 3, pp.28-34 , jun. 2002.6 qiu wcnqian, power flow calculation c

22、onsidcring the consrraints of changing range of variables.automation of elecric power systems, v01.30, journal 17.pp.36-40.2006.7 abdel-akher, m.; nor. k.m.; rashid. a.h.a. improvcd three-phase power-flow methods using scquence components, if,ee transactions on power systems, volume 20, issue 3, pp.

23、 1389 -1397. aug. 2005.8 bree. d.w., jr.; hajdu. l.p.; pcschon, j.; optimal power-flow solutions for power system planning. procccdings of the ieee,volume 60. issuc l. page(s):64 - 70, jan. 19729 zhu lingzhi; zhou shuangxi, study on power flow arithmetic for voltage stability analysis, automation of

24、 electric power systems,journal5, pp. 1-4,58, mar. 10, 200010 grijalva s, saucr p w, weber j d. enhancement ofiinear atccalculations by the incorporation of rcactive power flows: ieee trans on power systems, wl.11 wang chengshan; sun wei; wang xinggang, total transfer capability calculation of power

25、 system including large-scale wind farm, automation of12 wang yan, xie zhiyuan, nie emvang. distributed-generation and topological construction of its networking inverter, electric power education in china(monograph of research rcvicw and tcchnology forum), pp. 205-207, 200613 sheng ku, kong li, qi

26、zhi-ping, pei wei; wu han, xi peng, a survey on research of microgrid -a new power system, relay, v01.35 n0 12, pp.75-81, june 16, 2007.14 shi jing-hai; he rcn-mu, load time variation study in dynamic load modeling, proceedings of the csee. vol. 24,joumal 4, pp.85-90,2004.15 hu xuchao , problems on

27、distributcd-gcncration rcsourcc.s and its networking, technology electrolcchnical journal, joumal 10, pp.l-5, 2004.16 j. a. pecas lopes, c. l. moreira, and a. g madureira. definingcontrol stratcgics for micro grids islanded opcration: ieee transactions on power systems, vol. 21, n0 2, pp 916-924, may 2006 books:17 xian jiaotong univcrsity, qinghua univcrsity, zhejiang univcrsity, hunan univcrsity. chengdu engineering college.