基于概率潮流算法的含分布式能源的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

雷志勇

（福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 永安366000）

0 引言

隨著能源結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，我國(guó)大力倡導(dǎo)發(fā)展綠色能源和推進(jìn)電力系統(tǒng)環(huán)保化，分布式能源系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。在國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議上，國(guó)外專家提出了主動(dòng)配電網(wǎng)這個(gè)概念[1]。主動(dòng)配電網(wǎng)能有效解決配電網(wǎng)與綠色能源兼容的問(wèn)題。

雖然分布式能源系統(tǒng)具有環(huán)保、高效、靈活等優(yōu)點(diǎn)，但存在配電端不穩(wěn)定的問(wèn)題[2]，如負(fù)荷功率、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行損耗等不穩(wěn)定[3]。為了深入分析分布式能源系統(tǒng)的不穩(wěn)定性特征及其影響，本文運(yùn)用潮流概率算法，模擬不同狀態(tài)下的潮流，還原電路的客觀運(yùn)行狀態(tài)，以掌握分布式電力系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律。

2 分布式能源發(fā)電系統(tǒng)及其有功輸出概率

2.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其有功輸出概率

在綠色可再生能源中，風(fēng)能儲(chǔ)量首屈一指。風(fēng)能發(fā)電機(jī)分為同步和異步發(fā)電機(jī)。雖然異步發(fā)電機(jī)應(yīng)用廣泛，但是存在效率低的問(wèn)題。隨著技術(shù)的進(jìn)步，變轉(zhuǎn)速雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)將成為電力企業(yè)的最佳選擇。

在設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮風(fēng)力輸出功率的概率特征。在一年內(nèi)國(guó)內(nèi)各地不同時(shí)間的平均風(fēng)速基本符合weibull分布。假定當(dāng)前風(fēng)速V為連續(xù)變量，當(dāng)風(fēng)速在Vci和Vr之間時(shí)，風(fēng)力輸功率的概率密度函數(shù)[4]為：

其中，K、C分別表示形狀參數(shù)和尺度參數(shù)，Pr表示風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量。a、b的值通過(guò)下面的公式計(jì)算，a=prvci/(vci-vr)，b=pr/(vr-vci)。

當(dāng)風(fēng)力系統(tǒng)中有N臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)同時(shí)工作時(shí)，則有功輸出為：Pfarm=NPwind

由此得到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的有功輸出概率的密度函數(shù)為：

2.2 太陽(yáng)能發(fā)電

太陽(yáng)能光伏發(fā)電主要利用光伏特效應(yīng)，通過(guò)太陽(yáng)能電池板，把光能轉(zhuǎn)化成電能。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電的功率近似為：Ppv=rAη

其中，r表示太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，A表示太陽(yáng)能光伏電池板的面基，η表示光電轉(zhuǎn)換效率。

光伏發(fā)電有功輸出的概率函數(shù)為：

其中，rmax為太陽(yáng)光輻射的最大強(qiáng)度。

光伏發(fā)電系統(tǒng)有功輸出的概率密度函數(shù)為：

2.3 微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電

微型燃?xì)廨啓C(jī)主要利用回?zé)嵫h(huán)技術(shù)和基于徑流式葉輪機(jī)發(fā)電，屬于熱力發(fā)電機(jī)。微型燃?xì)廨啓C(jī)是一種小型發(fā)電機(jī)，雖然電力容量有限，但作為一種清潔能源發(fā)電系統(tǒng)具有許多優(yōu)良特性，可使用的燃料種類多，耗損率低，廢物排量少。微型燃?xì)廨啓C(jī)除了用作分布式新能源發(fā)電設(shè)備外，還可以用作應(yīng)急發(fā)電設(shè)備、備用供電設(shè)備。無(wú)論是在城區(qū)還是在邊遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村，都可以安裝微型燃?xì)廨啓C(jī)。

2.4 燃料電池發(fā)電

燃料電池發(fā)電設(shè)備把燃料中的化學(xué)能經(jīng)過(guò)一系列轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化成可有效利用的電能。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的常用燃料電池包括堿性燃料電池和憐酸型燃料電池。燃料型電池的優(yōu)點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)化效率高，發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短、成本低。

3 基于概率潮流算法的分布式能源電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

配電網(wǎng)的潮流算法種類繁多，常用方法主要有Newton算法[5]、母線類方法和支路類算法。Newton算法又分為Newton-Raphson算法和快速分解潮流算法。本文選擇Newton-Raphson算法?？紤]到Newton-Raphson算法對(duì)多個(gè)電源系統(tǒng)能進(jìn)行高效處理，在多終端電源接入時(shí)省去了編碼環(huán)節(jié)，本文使用Newton-Raphson算法，計(jì)算含有多種分布式能源的潮流。求解過(guò)程如下：

先將Newton-Raphson算法的潮流計(jì)算公式表示為極坐標(biāo)形式：

然后展開泰勒級(jí)數(shù)，取一次項(xiàng)，由此獲得如下方程組：

在式中，ΔP、ΔQ為潮流方程的殘壓相量，合計(jì)有(2n-1)個(gè)維度，ΔQ、ΔU表示電壓修正的量，合計(jì)有(2n-2)維度，K表示Jacobian矩陣。

在Jacobian矩陣中每個(gè)變量的求解公式如下：

通過(guò)潮流概率算法，可以計(jì)算在多種場(chǎng)景下分布式能源的潮流，以模擬分布式能源系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的潮流變化規(guī)律。模擬結(jié)果是電力調(diào)控人員合理配置電力資源的依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文引入潮流概率算法思想，計(jì)算分布式能源系統(tǒng)的潮流概率，以設(shè)計(jì)更合理的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

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[1]尤毅,劉東,于文鵬,等.主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)及其進(jìn)展[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012(18):10-16.

[2]何后裕,何華琴,李小雙.分布式光伏接入對(duì)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)損耗的影響分析[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014(6):158-162.

[3]劉波,張焰,楊娜.改進(jìn)的粒子群優(yōu)化算法在分布式電源選址和定容中的應(yīng)用[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2008(2):103-108.

[4]董雷,程衛(wèi)東,楊以涵.含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)概率潮流計(jì)算[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009(16):87-91.

[5]曲鑫.基于概率潮流的有源配電網(wǎng)規(guī)劃研究[D].北京：北京交通大學(xué),2015.