應(yīng)用于獨(dú)立運(yùn)行微電網(wǎng)的潮流計(jì)算方法

1、應(yīng)用于獨(dú)立運(yùn)行微電網(wǎng)的潮流計(jì)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(jì)算方法的使用基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)作為整個(gè)系統(tǒng)的參 考節(jié)點(diǎn)。越來越多的新的分布式電源( dgrs)被添加到電網(wǎng)中。有時(shí)，局部電網(wǎng)的需求或失效可能導(dǎo)致獨(dú)立微電網(wǎng)形成，其被稱為“獨(dú)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(dú)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(diǎn)從該微電網(wǎng)可以被控制。根據(jù)現(xiàn)有的研究， 一個(gè)dgr再加上個(gè)專門的能源存儲(chǔ)系統(tǒng)和適當(dāng)?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(gè)分布式發(fā)電機(jī)系

2、統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)地響應(yīng)電網(wǎng)。這分布式發(fā)電是指?jìng)€(gè)系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)地響應(yīng)電網(wǎng)。本文將介紹一個(gè)新的潮流計(jì)算方法（關(guān)于牛頓拉夫遜潮流的解決方案為基礎(chǔ)）具有良好的收斂性，在一個(gè)獨(dú)立源系統(tǒng)可以容納個(gè)平衡節(jié)點(diǎn)。這種潮流結(jié)果和整個(gè)系統(tǒng)的頻率。該方法建議中詳細(xì)討論了不同的分布式發(fā)電機(jī)的例子系統(tǒng)的各種調(diào)整系數(shù)和負(fù)荷模型。是相對(duì)于傳統(tǒng)的潮流計(jì)算方法，使用平衡節(jié)點(diǎn)?？傊?，該論文表明，改進(jìn)方法更適合于網(wǎng)狀拓?fù)湎到y(tǒng)獨(dú)立源和微型電網(wǎng)管理穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電，獨(dú)立源，微電網(wǎng)，潮流計(jì)算，電力系統(tǒng)一、符號(hào)說明a系數(shù)i，j 節(jié)點(diǎn)數(shù)目：b常數(shù)n 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的數(shù)目：m 非動(dòng)力源系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)u； ai 復(fù)合負(fù)荷模型恒定阻抗負(fù)荷百分比系數(shù)

3、； bi 復(fù)合負(fù)載模型恒定流負(fù)載百分比系數(shù)； ci 復(fù)合負(fù)載模型恒定功率負(fù)載百分比系數(shù)； kg,p 分布式發(fā)電機(jī)有功功率調(diào)節(jié)系數(shù)； kg,q 分布式發(fā)電機(jī)無功功率調(diào)節(jié)系數(shù)： kli,p 負(fù)荷有功功率調(diào)節(jié)系數(shù); kli,q 負(fù)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(diǎn)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(diǎn)i：qi 無功功率注入到節(jié)點(diǎn)i：u 電壓大?。簎i 節(jié)點(diǎn)i的電壓；uj 節(jié)點(diǎn)j的電壓；p 有功功率的導(dǎo)數(shù)值；q 無功功率的導(dǎo)數(shù)值；u 電壓幅值的導(dǎo)數(shù)f；f 系統(tǒng)頻率； f 系統(tǒng)頻率的導(dǎo)數(shù)值；d.標(biāo)g 發(fā)電機(jī)；l 負(fù)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(chǔ)，潮流計(jì)算得到了廣泛研究和廣泛應(yīng)用。最傳統(tǒng)的潮流計(jì)算方法需要設(shè)置系統(tǒng)在計(jì)算平衡節(jié)點(diǎn)。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(jī)，微型燃?xì)廨啓C(jī)，燃料電池，風(fēng)力渦輪機(jī)，波浪能和潮汐的分布式發(fā)電機(jī)( dg)發(fā)電機(jī)這種輸出往往不作為個(gè)傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)。通常，與一個(gè)在獨(dú)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(fù)荷總是隨時(shí)間變化而變化。因此，在獨(dú)立源微電網(wǎng)，沒有任何單一的發(fā)生器，可以使整個(gè)系統(tǒng)日益增加的需求平衡。這意味著沒有任何一個(gè)獨(dú)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(jì)算不同潮流

5、計(jì)算的不穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)。已有的研究對(duì)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(guó)能源分布式存儲(chǔ)和逆變器控制生成，可以實(shí)現(xiàn)電源頻率和電壓，無功作為微型渦輪機(jī)和傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)的功率類似的特征。k. de brabandere , 討論了一個(gè)獨(dú)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(huì)被考慮，幾乎所有分布式電源已處理作為個(gè)松弛pq 的節(jié)點(diǎn)。但是在潮流計(jì)算仍然需要不穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)。傳統(tǒng)的分配制度包括徑向，鏈條或其他簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。使用嵌入式發(fā)電機(jī)是一個(gè)靈活的結(jié)構(gòu)可以確保電力供應(yīng)給客戶。然而，靈活的結(jié)構(gòu)也可能導(dǎo)致個(gè)

6、復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。由于其二次收斂的牛頓迭代法是廣泛應(yīng)用于電力與復(fù)雜拓?fù)渚W(wǎng)的解決方案。在此，提出一種新的潮流計(jì)算方法的牛頓拉夫遜方法基礎(chǔ)上，提出解決孤島微電網(wǎng)潮流。沒有任何不穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)設(shè)置，而電壓和功率調(diào)節(jié)能力的分布式電源考慮。基于ieee 5節(jié)點(diǎn)與環(huán)結(jié)構(gòu)， 一個(gè)系統(tǒng)是一系列的比較，例如：不同地點(diǎn)的dgs，不同特性的dgs，以及具有不同特點(diǎn)的負(fù)載。 三、獨(dú)立源微電網(wǎng)一般來說，分布式發(fā)電機(jī)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(jī)和燃煤發(fā)電機(jī)容量大約從百萬千瓦到300兆瓦。因此dg的容量遠(yuǎn)小于普通的發(fā)電機(jī)。雖然一些接口（通常是逆變器），分布式發(fā)電機(jī)可以提供功率給交流負(fù)載。因此，一個(gè)分布式發(fā)

7、電機(jī)的能力大大高于傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)。通過控制逆變器，分布式發(fā)電機(jī)的輸出可以被控制。有時(shí)一個(gè)大型系統(tǒng)故障是由獨(dú)立源系統(tǒng)的造成的。為了維持當(dāng)?shù)氐碾娏?yīng)，分布式發(fā)電機(jī)和它的本地負(fù)載作為獨(dú)立的系統(tǒng)，而不是成為某個(gè)保持與主電網(wǎng)的連結(jié)獨(dú)立源系統(tǒng)。另種情況是為了滿足些偏遠(yuǎn)的客戶 或大客戶的需求。電力供應(yīng)商和當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷自然而然的形成個(gè)微電網(wǎng)，這個(gè)稱為獨(dú)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(dú)立源意味著微電網(wǎng)絡(luò)是完全獨(dú)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(gè)系統(tǒng)必須保持平衡的頻率和電壓，整個(gè)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(jī)的輸出是太有限頻率進(jìn)行調(diào)整，分布式發(fā)電機(jī)

8、必須攜手合作。 四、潮流計(jì)算相對(duì)于傳統(tǒng)的潮流計(jì)算，本論文所介紹的潮流和頻率計(jì)算分析與分布式發(fā)電系統(tǒng)獨(dú)立源。a節(jié)點(diǎn)類型在傳統(tǒng)的潮流計(jì)算，第一個(gè)步驟是分類系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)通?？梢苑譃槿箢悾簆q的節(jié)點(diǎn)，pv節(jié)點(diǎn)和不穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)（v節(jié)點(diǎn)）。平衡節(jié)點(diǎn)，也稱為松弛節(jié)點(diǎn)，擔(dān)負(fù)著整個(gè)系統(tǒng)的頻率調(diào)整。這通常是個(gè)大型的水電站，它有能力迅速產(chǎn)生大量的輸出。在現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)里負(fù)載隨著時(shí)間的變化。發(fā)電機(jī)的輸出隨負(fù)荷相應(yīng)變化。整個(gè)系統(tǒng)，保持動(dòng)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(gè)變化的系統(tǒng)中分布式發(fā)電機(jī)的輸出被自動(dòng)分配給動(dòng)態(tài)平衡負(fù)載。這里是松弛的pq的節(jié)點(diǎn)，而不是任何其他類型的節(jié)點(diǎn)，例如平衡節(jié)點(diǎn)。b.

9、節(jié)點(diǎn)方程每一個(gè)分布式發(fā)電機(jī)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(fù)荷模型是一個(gè)組合模型的三種單獨(dú)的模型構(gòu)造。考慮靜態(tài)特性，任何負(fù)荷節(jié)點(diǎn)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(diǎn)功率平衡方程

10、考慮的是電源和負(fù)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(xì)內(nèi)容是為如下： 這里的gij和bij是電導(dǎo)實(shí)部。lvi和nvi是有功功率和負(fù)載靜態(tài)調(diào)整的影響系數(shù)：五、實(shí)例分析一般來說，一個(gè)傳統(tǒng)的分布式電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是根。一個(gè)拓?fù)浞植际骄W(wǎng)絡(luò)與分布式發(fā)電機(jī)可能更為復(fù)雜。對(duì)牛頓迭代法的基礎(chǔ)上，本文提出的方法適應(yīng)了這兩個(gè)根和循環(huán)網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算的拓?fù)洌篴.系統(tǒng)及參數(shù)在一個(gè)例子，把在iee

11、e5節(jié)點(diǎn)高電壓系統(tǒng)（傳輸系統(tǒng)）轉(zhuǎn)化一個(gè)微電網(wǎng)(圖1)。除了減少系統(tǒng)的基礎(chǔ)能力到100kva，我們消除了在低電壓等級(jí)中不被考慮的分支。其他參數(shù)是在文獻(xiàn)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)。現(xiàn)實(shí)的分布式系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更有可能會(huì)比在本文的例子復(fù)雜。討論的重點(diǎn)在獨(dú)立源系統(tǒng)與各個(gè)分布式發(fā)電機(jī)的合作的潮流計(jì)算。每個(gè)分布式發(fā)電機(jī)的超出限制的輸出功率/電壓沒有被考慮到。我們假設(shè)系統(tǒng)的頻率保持在一個(gè)可接受的范圍。假定功率源的等效調(diào)節(jié)系數(shù)和負(fù)載系數(shù)值，用來方便計(jì)算的和討論。例如，如果一個(gè)分布式發(fā)電機(jī)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(shè)置為0。在此模型中，我們只討論對(duì)稱三相功率潮

12、流。復(fù)雜的三相不對(duì)稱情況將在進(jìn)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(diǎn)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(diǎn)，不同分布式發(fā)電的不同特征被賦予不同的系數(shù)。負(fù)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(fù)載：kl,p。kv（電壓調(diào)節(jié)

13、系數(shù)）-dg：kg，q;負(fù)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(gè)負(fù)載的調(diào)節(jié)能力。k6意味著每個(gè)dg達(dá)到kl一半的能力。不同負(fù)荷模型被認(rèn)為是通過給定不同復(fù)臺(tái)載荷的比例系數(shù)而構(gòu)成的。表不同負(fù)荷對(duì)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(gè)co和ci

14、的情況下使用的是傳統(tǒng)的電力潮流計(jì)算方法供應(yīng)量(m1)，其他例子使用在這個(gè)論文中提出改進(jìn)方法量(m2)。節(jié)點(diǎn)5設(shè)置是不穩(wěn)定供應(yīng)量m1節(jié)點(diǎn)。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(fù)荷不同調(diào)節(jié)系數(shù)（表一所示），不同的負(fù)荷模型（表二所示）。表對(duì)照不同的計(jì)算例c描述不同的案例0m1:恒定功率負(fù)載,基本負(fù)載1m1:恒定功率負(fù)載,每個(gè)負(fù)載增加10%2m2:k1 電壓恒定系數(shù),l1 負(fù)載,基本負(fù)載3m2:k1 電壓恒定系數(shù),l1 每個(gè)負(fù)載增加10%4m2:k2 電壓恒定系數(shù),l1 基本負(fù)載5m2:k3 電壓恒定系數(shù),l1 基本負(fù)載6m2:k4 電壓恒定系數(shù),l1 基本負(fù)載

15、7m2:k4 電壓恒定系數(shù),l1 每個(gè)負(fù)載增加10%8m2:k5 電壓恒定系數(shù),l1 基本負(fù)載9m2:k6 電壓恒定系數(shù),l1 基本負(fù)載10m2:k6 電壓恒定系數(shù),l2 基本負(fù)載11m2:k6 電壓恒定系數(shù),l3 基本負(fù)載12m2:k6 電壓恒定系數(shù),l4 基本負(fù)載c:不同的計(jì)算例，m:潮流計(jì)算法，m1-傳統(tǒng)方法，m2-改進(jìn)方法；k1-k6：發(fā)電系數(shù)不同的負(fù)荷模型，見表一；l1-l4:基本負(fù)載模型，見表二。初始值在表四表示（數(shù)據(jù)每單位價(jià)值）；表四顯示每個(gè)電力節(jié)點(diǎn)的初試數(shù)據(jù)。對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓大小的初試值是1.0，每個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓的電壓相是0.表 初始值有功/無功功率在每個(gè)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)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(jì)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(jià)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(gè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)線已在轉(zhuǎn)移到圖2和3。尋找數(shù)據(jù)的實(shí)際值如2所示，下面的步驟是必要的。對(duì)于節(jié)點(diǎn)l：扣除1；節(jié)點(diǎn)2：扣除2；節(jié)點(diǎn)3：增加3；

17、節(jié)點(diǎn)4：添加5，節(jié)點(diǎn)；加2。同樣，對(duì)于無功節(jié)點(diǎn)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(shí)際的單位電壓值如圖4所示。圖2 5節(jié)點(diǎn)在不同情況下的有功功率 圖3 5節(jié)點(diǎn)在不同情況下的無功功率圖4 5節(jié)點(diǎn)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(jì)算，節(jié)點(diǎn)5獨(dú)自承擔(dān)任務(wù)以滿足增加的電力需求活躍，連同節(jié)點(diǎn)4，平衡無功功率的需求不斷增加。它會(huì)導(dǎo)致在節(jié)點(diǎn)1電壓處于最低水平，同時(shí)保持其他節(jié)點(diǎn)電壓水平。例2例3比較表明，使用該方法時(shí)，所有的分布式發(fā)電份額的負(fù)載，并且在每個(gè)節(jié)點(diǎn)增加負(fù)荷的電壓是可以接受的電壓等級(jí)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(jī)，導(dǎo)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?yàn)榉植际桨l(fā)電缺乏調(diào)控能力。比較案例2例8表明，負(fù)載調(diào)節(jié)能力對(duì)系統(tǒng)的頻率和潮流的影響不大。4.對(duì)比的9，10，11，12顯示，不同的負(fù)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(jiǎn)單的系統(tǒng)中其負(fù)載調(diào)整頻率的影響和潮流取決于是否負(fù)荷控制能力是比電源的強(qiáng)或不強(qiáng)。六、結(jié) 論本文提出相對(duì)于傳統(tǒng)的潮流計(jì)算改進(jìn)后的潮流計(jì)算方法反映了獨(dú)立源運(yùn)行和微電網(wǎng)的控制規(guī)則。它可以分析一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)的潮流和系統(tǒng)頻率。在一個(gè)獨(dú)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(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定有

19、積極作用。成功協(xié)調(diào)每個(gè)分布式發(fā)電的輸出控制，以平衡負(fù)載的變化和維持系統(tǒng)頻率及電壓等級(jí)，關(guān)鍵是一個(gè)穩(wěn)定的獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)。進(jìn)一步研究規(guī)范分布式電動(dòng)機(jī)控制。七、致 謝作者們非常感謝提供資料人dr.offer,gregory j,他對(duì)這份文件的原始版本的工作。參考文獻(xiàn)：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

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