接入風(fēng)電與就地補(bǔ)償電容器組的配網(wǎng)潮流分析

黃勃 陳永明

摘 要：隨著配電網(wǎng)中分布式風(fēng)電電源的不斷增加，由于其出力的隨機(jī)性，對(duì)配電網(wǎng)潮流分布產(chǎn)生較大影響。本文從異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基本模型出發(fā)，考慮配電網(wǎng)就地并聯(lián)電容器組與弱環(huán)狀電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的影響，對(duì)接入風(fēng)電與電容組的配電網(wǎng)潮流進(jìn)行計(jì)算，支撐配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中高級(jí)應(yīng)用功能的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電 補(bǔ)償電容 配電網(wǎng) 潮流計(jì)算

中圖分類號(hào)：TM761.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）12（b）-0020-02

由于分布式風(fēng)電具有環(huán)境友好、靈活配置、可持續(xù)發(fā)展的特點(diǎn)，目前配電網(wǎng)中接入的分布式風(fēng)電數(shù)量不斷增加[1-3]。配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，也從單一輻射狀網(wǎng)絡(luò)變成了多電源分布的弱環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，因此，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)潮流計(jì)算需要加以改進(jìn)，才能支撐配電網(wǎng)自動(dòng)化、配電網(wǎng)重構(gòu)等高級(jí)應(yīng)用功能的開(kāi)發(fā)。

1 風(fēng)力發(fā)電模型

1.1 PQ（V）穩(wěn)態(tài)模型

異步發(fā)電機(jī)具有工作可靠、性能優(yōu)良的特點(diǎn)，常用來(lái)作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)。異步發(fā)電機(jī)缺少電壓調(diào)整功能，因此電路模型不能等價(jià)于電壓恒定的PV節(jié)點(diǎn)。由于異步只能依靠外加電壓建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，需要從電網(wǎng)中吸收無(wú)功，因此無(wú)功功率與轉(zhuǎn)速、端部電壓相關(guān)，采用PQ（V）模型如圖1所示[4]。

由圖1的可以推出異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出力與功率因數(shù)分別為：

其中，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)有功出力、U為配電網(wǎng)接入節(jié)點(diǎn)的電壓；為異步發(fā)電機(jī)定子電抗與轉(zhuǎn)子電抗之和；r為轉(zhuǎn)子電阻；為激磁電抗；s為轉(zhuǎn)差率；r為機(jī)械負(fù)載等效電阻。

由上式可以求出轉(zhuǎn)差率s為：

當(dāng)風(fēng)電機(jī)周邊的外界風(fēng)速確定后，可以求出異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無(wú)功出力：

1.2 并聯(lián)電容器組模型

在分布式異步發(fā)電機(jī)附近，通過(guò)就地接入并聯(lián)電容器組，可以補(bǔ)充風(fēng)力發(fā)電機(jī)消耗的無(wú)功功率，通過(guò)電容器投切的不同配置方式，確保異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無(wú)功消耗可以進(jìn)行就地平衡。設(shè)定并聯(lián)電容器組數(shù)量為n，則風(fēng)電機(jī)組端部的功率因數(shù)可以如下計(jì)算：

2 配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析

配電網(wǎng)的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是建立潮流計(jì)算的基礎(chǔ)構(gòu)成成分。本文采用動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)型節(jié)點(diǎn)數(shù)組，首先構(gòu)造配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如下。

struct node{

int Node_ID； //節(jié)點(diǎn)名

int Node_Father； //父節(jié)點(diǎn)名

double P； //節(jié)點(diǎn)有功負(fù)荷

double Q； // 節(jié)點(diǎn)無(wú)功負(fù)荷

double U； //節(jié)點(diǎn)電壓幅值

double Angle；}； //節(jié)點(diǎn)電壓相角

采用拓?fù)鋸V度搜索算法，尋找節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系（如圖2所示），按照節(jié)點(diǎn)搜索的先后順序進(jìn)入動(dòng)態(tài)數(shù)組。

在程序中構(gòu)建饋線結(jié)構(gòu)如下。

struct line{

int line_id； //饋線編號(hào)

double R； //支路電阻

double X； //支路電抗

double P； //饋線有功

double Q；}； //饋線無(wú)功

采用補(bǔ)償電流法，對(duì)具有弱環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的拓?fù)溥M(jìn)行處理，彌補(bǔ)傳統(tǒng)潮流計(jì)算方法只能適用于樹狀網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)。具體方法是在選擇某一環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)斷，用開(kāi)斷之前的電氣量參數(shù)（通常是電流或功率）模擬開(kāi)短之前的配電潮流狀態(tài)，如3所示。

3 接入風(fēng)電與就地電容的潮流計(jì)算

3.1 改進(jìn)之前的方法

傳統(tǒng)的潮流計(jì)算方法主要是：（1）建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；（2）建立配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的等效潮流節(jié)點(diǎn)模型；（3）構(gòu)造節(jié)點(diǎn)原始電壓數(shù)據(jù)；（4）運(yùn)用節(jié)點(diǎn)電壓數(shù)據(jù)，求取支路上的傳輸電流；（5）計(jì)算從端部節(jié)點(diǎn)到首端節(jié)點(diǎn)的注入功率；（6）更新支路電壓損耗，并迭代計(jì)算節(jié)點(diǎn)電壓；（7）判斷計(jì)算精度的收斂條件是否滿足。

3.2 改進(jìn)之后的潮流算法

由于異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的等效模型，從傳統(tǒng)電源的P-Q類型，轉(zhuǎn)變?yōu)镻-Q（V）模型。因此，在潮流計(jì)算過(guò)程中，必須增加相應(yīng)的調(diào)整函數(shù)，完整的改進(jìn)潮流算法如圖4所示。

4 結(jié)語(yǔ)

由于配電網(wǎng)中不斷增加的分布式風(fēng)電電源，對(duì)配電網(wǎng)潮流產(chǎn)生較大的隨機(jī)性沖擊，此外，考慮到異步電機(jī)需要從外部吸收無(wú)功，建立發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，因此必須在配電網(wǎng)接入點(diǎn)就地增加補(bǔ)償電容。本文首先建立了風(fēng)力發(fā)電的數(shù)學(xué)模型，對(duì)傳統(tǒng)電源節(jié)點(diǎn)的P-Q模型進(jìn)行改進(jìn)，形成新的P-Q（V）模型，推導(dǎo)出風(fēng)電機(jī)輸出有功與無(wú)功功率公式。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用補(bǔ)償電流法對(duì)弱環(huán)網(wǎng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)分析，建立了改進(jìn)的配電網(wǎng)潮流計(jì)算方法。該方法相對(duì)于傳統(tǒng)的運(yùn)算方法更加簡(jiǎn)潔明確，計(jì)算結(jié)果精度高且收斂速度能夠滿足工程應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁才浩，段獻(xiàn)忠.分布式發(fā)電及其對(duì)電力系統(tǒng)的影響[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化，2001，25（12）：53-56.

[2] 李蓓，李興源.分布式發(fā)電及其對(duì)配電網(wǎng)的影響[J].國(guó)際電力，2005，9（3）：45-49.

[3] 王守相，江興月，王成山.含風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的配電網(wǎng)潮流計(jì)算[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（21）：42-61.

[4] Abur H Singh，Liu H，Klingensmith WN.Three phase power flow for distribution systems with dispersed generation[Z].Sevilla：14th PSCC，2002.