应用于独立运行微电网的潮流计算方法

1、应用于独立运行微电网的潮流计算方法y.h. liu, z.q. wu, s.j lin, n p brandon摘 要：大多数现有的潮流计算方法的使用基准节点作为整个系统的参 考节点。越来越多的新的分布式电源( dgrs)被添加到电网中。有时，局部电网的需求或失效可能导致独立微电网形成，其被称为“独立源”系统。然而，目前的分布式电源往往是有限的，没有任何单独的dgr可平衡电力需求和稳定微电网的频率，这意味着没有任何不稳定的节点从该微电网可以被控制。根据现有的研究， 一个dgr再加上个专门的能源存储系统和适当的控制策略(这里称为分布式发电(dg)系统）有能力来调整其输出。这意味着个分布式发电机系

2、统可以动态地响应电网。这分布式发电是指个系统可以动态地响应电网。本文将介绍一个新的潮流计算方法（关于牛顿拉夫逊潮流的解决方案为基础）具有良好的收敛性，在一个独立源系统可以容纳个平衡节点。这种潮流结果和整个系统的频率。该方法建议中详细讨论了不同的分布式发电机的例子系统的各种调整系数和负荷模型。是相对于传统的潮流计算方法，使用平衡节点。总之，该论文表明，改进方法更适合于网状拓扑系统独立源和微型电网管理稳定节点。 关键词：分布式发电，独立源，微电网，潮流计算，电力系统一、符号说明a系数i，j 节点数目：b常数n 节点系统的数目：m 非动力源系统中的节点数u； ai 复合负荷模型恒定阻抗负荷百分比系数

3、； bi 复合负载模型恒定流负载百分比系数； ci 复合负载模型恒定功率负载百分比系数； kg,p 分布式发电机有功功率调节系数； kg,q 分布式发电机无功功率调节系数： kli,p 负荷有功功率调节系数; kli,q 负荷无功功率调节系数;c变量p 有功功率；pi 有源功率节点i； 电压相角；ij i和j之间的电压相角差节q 无功功率：pi 有功功率注入到节点i：qi 无功功率注入到节点i：u 电压大小：ui 节点i的电压；uj 节点j的电压；p 有功功率的导数值；q 无功功率的导数值；u 电压幅值的导数f；f 系统频率； f 系统频率的导数值；d.标g 发电机；l 负载；p 有功功率；q

4、 无功功率0 初始值二、引言作为电力系统的分析和控制的基础，潮流计算得到了广泛研究和广泛应用。最传统的潮流计算方法需要设置系统在计算平衡节点。越来越多的新的分布式发电资源( dgrs)被添加到电网。这些可以包括内燃机，微型燃气轮机，燃料电池，风力涡轮机，波浪能和潮汐的分布式发电机( dg)发电机这种输出往往不作为个传统的发电机。通常，与一个在独立源微型电网中频率调节器相比，由于损耗、传统体制，电力系统的负荷总是随时间变化而变化。因此，在独立源微电网，没有任何单一的发生器，可以使整个系统日益增加的需求平衡。这意味着没有任何一个独立源微电网系统，这是从传统的权力本质上的大型电力系统潮流计算不同潮流

5、计算的不稳定节点。已有的研究对分布式电源( dgrs)这表明，有功功率，无功功率和输出电压可调节分布式电源。lopes和同事讨论了通过两国能源分布式存储和逆变器控制生成，可以实现电源频率和电压，无功作为微型涡轮机和传统的同步发电机的功率类似的特征。k. de brabandere , 讨论了一个独立源系统的电压和频率下降的逆变器并联控制策略。电压和功率调整dgrs能力在论文中会被考虑，几乎所有分布式电源已处理作为个松弛pq 的节点。但是在潮流计算仍然需要不稳定节点。传统的分配制度包括径向，链条或其他简单的结构。使用嵌入式发电机是一个灵活的结构可以确保电力供应给客户。然而，灵活的结构也可能导致个

6、复杂的网络拓扑。由于其二次收敛的牛顿迭代法是广泛应用于电力与复杂拓扑网的解决方案。在此，提出一种新的潮流计算方法的牛顿拉夫逊方法基础上，提出解决孤岛微电网潮流。没有任何不稳定节点设置，而电压和功率调节能力的分布式电源考虑。基于ieee 5节点与环结构， 一个系统是一系列的比较，例如：不同地点的dgs，不同特性的dgs，以及具有不同特点的负载。 三、独立源微电网一般来说，分布式发电机范围输出功率为从几千瓦到50兆瓦。虽然普通的水电发电机和燃煤发电机容量大约从百万千瓦到300兆瓦。因此dg的容量远小于普通的发电机。虽然一些接口（通常是逆变器），分布式发电机可以提供功率给交流负载。因此，一个分布式发

7、电机的能力大大高于传统的发电机。通过控制逆变器，分布式发电机的输出可以被控制。有时一个大型系统故障是由独立源系统的造成的。为了维持当地的电力供应，分布式发电机和它的本地负载作为独立的系统，而不是成为某个保持与主电网的连结独立源系统。另种情况是为了满足些偏远的客户 或大客户的需求。电力供应商和当地的负荷自然而然的形成个微电网，这个称为独立源系统。局部使用分布式发电供电可以节省能源和成本。独立源意味着微电网络是完全独立，从大规模的系统中分离出来，并没有与电气或磁性连接。整个系统必须保持平衡的频率和电压，整个系统的水平必须维持在可接受的范围内。由于分布式发电机的输出是太有限频率进行调整，分布式发电机

8、必须携手合作。 四、潮流计算相对于传统的潮流计算，本论文所介绍的潮流和频率计算分析与分布式发电系统独立源。a节点类型在传统的潮流计算，第一个步骤是分类系统的节点。系统的节点通常可以分为三大类：pq的节点，pv节点和不稳定节点（v节点）。平衡节点，也称为松弛节点，担负着整个系统的频率调整。这通常是个大型的水电站，它有能力迅速产生大量的输出。在现实的系统里负载随着时间的变化。发电机的输出随负荷相应变化。整个系统，保持动态平衡与它的频率，维持在可接受的范围之内。在本文中，在整个变化的系统中分布式发电机的输出被自动分配给动态平衡负载。这里是松弛的pq的节点，而不是任何其他类型的节点，例如平衡节点。b.

9、节点方程每一个分布式发电机都有调节不同功率的能力，通过他的等式方程表示不同的调节系数：pgi=pgi01-kgi,p(f-f0)qgi=qgi01-kgi,p(u-ugi,0) (1)本文的负荷模型是一个组合模型的三种单独的模型构造。考虑静态特性，任何负荷节点的功率方程被（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.雅可比矩阵关键问题是使用牛顿迭代潮流的解决方案是雅可比矩阵及的逆。上述节点功率平衡方程

10、考虑的是电源和负载的调节作用。因此，除分矩阵l（n*n）,m(n*n-1阶)，n（n*n阶）和h（n*n-1阶）相似与传统的雅可比矩阵，有额外的子矩阵e（n*1阶），m（n*1阶）分别表示其之间的有功与无功功率频率偏差的关系： qp=- lmenhf uuf (3)各子矩阵的详细内容是为如下： 这里的gij和bij是电导实部。lvi和nvi是有功功率和负载静态调整的影响系数：五、实例分析一般来说，一个传统的分布式电力系统网络拓扑结构是根。一个拓扑分布式网络与分布式发电机可能更为复杂。对牛顿迭代法的基础上，本文提出的方法适应了这两个根和循环网络潮流计算的拓扑：a.系统及参数在一个例子，把在iee

11、e5节点高电压系统（传输系统）转化一个微电网(图1)。除了减少系统的基础能力到100kva，我们消除了在低电压等级中不被考虑的分支。其他参数是在文献中给出的相同。b假定条件电阻和电抗分布式系统是不同的传输系统。现实的分布式系统的拓扑结构更有可能会比在本文的例子复杂。讨论的重点在独立源系统与各个分布式发电机的合作的潮流计算。每个分布式发电机的超出限制的输出功率/电压没有被考虑到。我们假设系统的频率保持在一个可接受的范围。假定功率源的等效调节系数和负载系数值，用来方便计算的和讨论。例如，如果一个分布式发电机无功功率调节能力很差，那么它的无功功率调节系数设置为0。在此模型中，我们只讨论对称三相功率潮

12、流。复杂的三相不对称情况将在进一步的工作中被讨论。c算例和参考数据构建一系列的比较，基于ieee 5节点与环结构体系（图1）。表1显示的分布式电源不同地点，不同分布式发电的不同特征被赋予不同的系数。负荷调节能力已考虑。表 不同的调控系数k1k2k3k4k5k6nkv1kf1kv2kf2kv3kf3kv4kf4kv5kf5kv6kf61-22-22-22-2200-222-22-22-22-2200-223-22-22-22-2200-22420200202040002020101052040204020200020401020kf（频率调节系数）-dg：kg，p;负载：kl,p。kv（电压调节

13、系数）-dg：kg，q;负载：kl,q。表1从k1的dgs不同于k2：k3的dgs与这些在k1中显示的交换了位置;k4显示的dgs也没有调控能力：k5的不考虑每个负载的调节能力。k6意味着每个dg达到kl一半的能力。不同负荷模型被认为是通过给定不同复台载荷的比例系数而构成的。表不同负荷对比模型百分比l1:combined nodell2:pure resistancel3:pure currentl4:pure powera1b1c1a2b2c2a3b3c3a4b4c4pl0.30.30.4100010001ql0.30.30.310001000113例(c)被比较（见表三）。前两个co和ci

14、的情况下使用的是传统的电力潮流计算方法供应量(m1)，其他例子使用在这个论文中提出改进方法量(m2)。节点5设置是不稳定供应量m1节点。在m2，c2到c9中考虑到中不同的调控系数和他们的不同位置（表一所示），不同负荷不同调节系数（表一所示），不同的负荷模型（表二所示）。表对照不同的计算例c描述不同的案例0m1:恒定功率负载,基本负载1m1:恒定功率负载,每个负载增加10%2m2:k1 电压恒定系数,l1 负载,基本负载3m2:k1 电压恒定系数,l1 每个负载增加10%4m2:k2 电压恒定系数,l1 基本负载5m2:k3 电压恒定系数,l1 基本负载6m2:k4 电压恒定系数,l1 基本负载

15、7m2:k4 电压恒定系数,l1 每个负载增加10%8m2:k5 电压恒定系数,l1 基本负载9m2:k6 电压恒定系数,l1 基本负载10m2:k6 电压恒定系数,l2 基本负载11m2:k6 电压恒定系数,l3 基本负载12m2:k6 电压恒定系数,l4 基本负载c:不同的计算例，m:潮流计算法，m1-传统方法，m2-改进方法；k1-k6：发电系数不同的负荷模型，见表一；l1-l4:基本负载模型，见表二。初始值在表四表示（数据每单位价值）；表四显示每个电力节点的初试数据。对每个节点的电压大小的初试值是1.0，每个节点电压的电压相是0.表 初始值有功/无功功率在每个节点节点12345pq1.

16、62.03.75.0052.680.81.01.31.812.2d.结论迭代结果的误差小于10-5 在m1，频率总是被看成50hz.表五显示的是m2在不同的例子中系统频率的计算：表 系统频率不同c2345 6 789101112f5049.88449.89549.99647.21349.1075049.98349.7449.96850.121图2，3和4分别显示了（单位价值）如何有功功率，无功功率和电压随不同的情况而变化。为了方便比较，所有数据都是单位值。此外，每个数据的基础线已在转移到图2和3。寻找数据的实际值如2所示，下面的步骤是必要的。对于节点l：扣除1；节点2：扣除2；节点3：增加3；

17、节点4：添加5，节点；加2。同样，对于无功节点4和5在图3中，原来的值可以得到加1的数据显示。实际的单位电压值如图4所示。图2 5节点在不同情况下的有功功率 图3 5节点在不同情况下的无功功率图4 5节点在不同情况下的电压水平d结论1.案例1与案例0比较表明，在传统的潮流计算，节点5独自承担任务以满足增加的电力需求活跃，连同节点4，平衡无功功率的需求不断增加。它会导致在节点1电压处于最低水平，同时保持其他节点电压水平。例2例3比较表明，使用该方法时，所有的分布式发电份额的负载，并且在每个节点增加负荷的电压是可以接受的电压等级减少的结果。2.比较例2，4和5表明不同类型的电源，不同的位置分布式发

18、电机，导致功率的潮流改变。3.比较例2，6和7。例2中系统电压和频率都超出可按受的范围因为分布式发电缺乏调控能力。比较案例2例8表明，负载调节能力对系统的频率和潮流的影响不大。4.对比的9，10，11，12显示，不同的负荷模型及其组合可以大大影响系统的频率和潮流。5.从讨论3和4我们知道，在一简单的系统中其负载调整频率的影响和潮流取决于是否负荷控制能力是比电源的强或不强。六、结 论本文提出相对于传统的潮流计算改进后的潮流计算方法反映了独立源运行和微电网的控制规则。它可以分析一个独立运行系统的潮流和系统频率。在一个独立源系统，有功功率-频率和无功功率-电压的各种分布式发电的调控能力对系统的稳定有

19、积极作用。成功协调每个分布式发电的输出控制，以平衡负载的变化和维持系统频率及电压等级，关键是一个稳定的独立运行系统。进一步研究规范分布式电动机控制。七、致 谢作者们非常感谢提供资料人dr.offer,gregory j,他对这份文件的原始版本的工作。参考文献：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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