试析配电网三相潮流计算研究与设计

试析配电网三相潮流计算研究与设计

张钰

(乌海海金电力勘测设计有限责任公司016000)

摘要：本文针对不同分布式电源的潮流计算模型，PQ节点，PV节点，PI节点与PQ(V)节点进行了分析，归纳了PV节点的处理，无功修正值的计算，无功初值的计算与算例分析通过分析各种方法的特点及缺陷，提出改进建议。

关键词：配电网；三相潮流计算；研究；设计

引言

随着配电自动化的快速发展和低压电网的大规模改造，配电管理系统和潮流计算引起了人们的广泛关注，如：一般是辐射型树状结构，分支参数R/X比值越大，越突出三相负载不对称问题等，现在，我国一些城市在重要领域实施了更多。简单可行的配电网多电源潮流计算具有重要的现实意义。

二、不同分布式电源的潮流计算模型

传统的配电网络一般是单电源。变电站的出口母线是电源节点，其他节点都是负载节点（PQ节点）。通过DG访问，新节点将出现在系统中。

1.PQ节点

风力发电机组中异步发电机的使用较同步发电机更加普遍，在潮流计算中，当等效为PQ节点时，被认为是“负的负荷”，此时风力发电机的有功功率和无功功率是定值。

2.PV节点

内燃机和传统燃气轮机等DG一般采用同步发电机。所有同步发电机和通过电压控制逆变器接入电网的DG都可以处理成PV节点。

在迭代过程中，若经过修正后的节点无功功率越限，将其转换成对应的PQ节点。如果在后续迭代中，又出现该节点电压越限，重新将其转换成PV节点。

3.PI节点

光伏发电系统、部分风力发电机组、微型燃气轮机和燃料电池等一般通过逆变器接入电网。逆变器可以分为电流控制逆变器和电压控制逆变器两种。采用电流控制逆变器对配电网进行无功补偿，输出的有功功率以及注入电网电流恒定，等效为PI节点时输出的无功功率是以电流为变量函数

式中PDG为DG输出的有功功率，e和f为并网电压的实部和虚部，I为注入电网的电流。

4.PQ(V)节点

DG并网的接口采用异步发电机的风机时，将其作为PQ(V)节点处理，需要根据PQ(V)节点的正序电压迭代值不断更新改DG节点给系统注入的正序无功功率。

DG发出的无功功率为

式中，PDG、U分别为DG的有功输出、机端电压，XP为定子漏抗和转子漏抗之和，X为激磁电抗。

三、PV节点的处理

1.无功修正值的计算

处理PV节点时，先将其作为PQ节点处理，首先设定无功初值，然后基于灵敏度阻抗矩阵，采用注入电流对PV节点电压幅值进行修正，以确定节点注入无功的补偿量，通过修正无功功率进而得到更接近要求的电压幅值。假设某配电系统接入n个PV型DG，且DG注入电流方向为正方向，则节点电压幅值修正量应满足的关系为

式中，ΔkU(n×1阶)为节点电压幅值修正量，US为PV节点的电压幅值，kU为第k次迭代所求得的电压幅值。注入电流修正值为

式中，Z(n×n阶)为灵敏度阻抗矩阵，Z的对角线元素Zii为第i个PV节点到根节点之间支路阻抗之和的绝对值，非对角线元素Zij为PV节点i，j到根节点之间公共支路阻抗之和的绝对值。

由于在配电系统正常运行下，节点电压标幺值约等于1，并且相角差很小。因此，由式(5)得：

式中，kΔS为第k次迭代时PV节点注入功率补偿量。

由于PV型DG的有功功率恒定不变，即Δ=P0，则式(6)可简化为

式中，ΔkQ为第k次迭代时注入无功的补偿量，kΔI为第k次迭代注入电流幅值的补偿量。

第k+1次迭代时PV节点无功功率为

2.无功初值的计算

在求解PV型节点的潮流计算时，首先需要设定PV节点的无功初值，一般情况将无功初值设置为0，或者为无功上、下限之和的一半，但其与实际值偏差较大，当接入多个DG时，对算法的收敛性能产生不利的影响。针对这种情况，提出无功分摊原理确定初值，当无功初值越接近实际值，迭代次数就会越少，从而提高了算法的收敛性。DG并网时，无功值的大小与DG并网点有关，而且与系统中负荷的大小和位置也有关系。选择一条含有根节点、PV节点以及末节点的线路，并且使得该线路上负荷无功功率之和最大。当配电网存在环网结构时，将联络线断开，作辐射状处理。根节点与并网节点之间的负荷无功由根节点与DG共同分摊，而从并网点到末节点的负荷无功功率由PV节点处的DG提供。配电系统图，如图1所示。

如图1为例，分布式电源a和b分别安装在节点7和节点12处，根据无功分摊原理，2台PV型DG的无功初值为

式中，Qa与Qb为DG的无功初值，Qn为节点n的无功功率。

四、三相解耦模型

针对配电网参数不对称的问题，采用序序分量法对三相不平衡参数进行解耦。将一组三相不平衡参数分解成三组三相平衡的叠加，分别称为零序分量、正序分量和负序分量。当每组平衡分量作用于配电网时，可以通过叠加每组的结果得到原来的平衡分量。给出了电路求解平衡参数的计算结果。

式中，

X∈﹛UI,﹜，其其中，0、1和2分别为三序网中的零序、正序和负序；u、v和w分别为u相、v相和w相；矩阵A称为序分量变换矩阵。

②线路参数的序分量变换

式中，Zuvw和Yuvw分别为配电网中的相分量阻抗矩阵和导纳矩阵，都是3×3矩阵；Z012和Y012是配电网中的序阻抗矩阵和序导纳矩阵，对角线上元素为其零序、正序、负序网络的序阻抗和序导纳，由于三相线路参数不对称支路采用不对称线路三序解耦-补偿模型进行等效简化处理后，其序分量阻抗矩阵和导纳矩阵均变成只含对角线上元素组成的3×3阶对角阵，因此，文中Z012和Y012均取只含对角线上元素组成的3×3阶对角阵。

五、算例分析

本文采用文献[221中的IEEE33节点三相不平衡配电系统进行仿真，分别在母线9，16，23，31处接人4种并网方式的DG，如图7所示。各类型DG的控制策略和参数如表1所示

潮流计算最终迭代5次收敛，表明基于序分量的三相解耦潮流算法具有良好的收敛性。

在潮流计算的过程中SG的正序无功出力发生越限，故节点类型转化为PQ节点，因此SG输出的三相总有功和无功功率均被控制为给定值。IG通过在计算过程中不断调节滑差，将三相总有功出力控制为给定值。根据表2，VSC的b，c相注入电流与DFIG的定子电流、GSC正序电流在迭代过程中发生了越限，对相应的正序注入功率进行修正后，VSC与DFIG输出的三相总有功和无功功率均小于给定的控制量。

DG接人前后各母线a相的电压幅值对比如图8所示。

图8D6接入前后各母线a相电压幅值由图8可看出，SG，VSC和DFIG的并网母线电压及其附近母线电压均得到了提高，这是因为DG并网后要向系统注人一定的有功和无功功率，从而减小了系统中的功率损耗，并且对各母线电压起到了支撑作用。但从表4可看出，IG接人后需要从系统中吸收大量无功功率，故造成了周围母线电压的明显降低，为此可在IG机端并联电容器组进行无功补偿，提高功率因数，使其只需要从系统吸收少量的无功功率。

六、总结

综上所述，该算法在配电网三相潮流计算中具有稳定、简单、快速、收敛速度快等优点。同时满足实时计算的要求，特别是当网络供电量增加时，对计算速度影响不大。针对配电网运行中三相不平衡和多电源运行的实际情况，该算法具有较高的可靠性。

参考文献：

[1]杨雄,卫志农,孙国强等.变压器支路处理新方法与配电网三相潮流计算[J].电力系统自动化,2014,(18):58-64.

[2]高亚静,苗宏佳,吴文传等.处理不接地配电网三相潮流不收敛的变压器建模新方法[J].电力系统自动化,2014,(18):53-57.

[3]张美霞,陈洁,杨秀等.考虑风光和负荷随机性的微网三相潮流计算[J].中国电机工程学报,2013,33(13):101-107,前插13.