CN103199524B - 一种适应多种分布式电源接入的潮流计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适应多种分布式电源接入的潮流计算方法。这种微电网潮流计算方法给出了能表征多种分布式电源类型的P-f(Q,V)节点的数学模型及其在牛顿—拉夫逊潮流计算中的处理方法。该方法首先建立分布式电源节点有功功率和无功功率的之间的函数关系式，并结合迭代计算结果确定无功功率值，重写修正方程式进行下一次迭代，直至最大不平衡量小于迭代精度。本发明能够用同一种方法处理各种类型的P-f(Q,V)节点，故在将来出现新的分布式电源节点类型时程序容易扩展，另外，本发明不论是对电压以极坐标表示或是以直角坐标表示的情况均适用。

Description

一种适应多种分布式电源接入的潮流计算方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统的潮流计算方法，尤其是涉及一种接入多种分布式电源的微电网潮流计算方法。

背景技术

电力系统潮流计算是根据给定的运行条件和系统接线情况，确定电力系统各节点电压、各支路功率和功率损耗，是配电网规划、运行分析、状态估计、网络重构等的基础。潮流计算是对分布式发电影响进行量化分析的主要手段。目前的传统潮流计算方法没有考虑各种形式的分布式电源，因而随着各种不同形式的分布式电源的并网，一些传统计算方法将因不能考虑分布式电源的影响而失效，为此必须研究能够计及分布式电源对微电网影响的潮流计算新方法。

含分布式电源的微电网潮流计算与普通配电网潮流计算的重要区别之一就是分布式电源的潮流计算模型与传统发电机组模型不同。传统的发电机组在潮流计算中取为PQ节点、PV节点或平衡节点，而某些分布式电源并不能用以上三种类型的节点来表征。所以必须建立这些分布式电源在潮流计算中的模型，并提出对各种模型在潮流计算中的处理方法。目前已有的相关资料中提出了PQ(V)节点、PI节点等一些表征分布式电源接入点的节点类型，并在潮流计算中针对不同的节点类型用特定的方法进行处理，无法处理其它类型的节点，方法存在较大的局限性。

本发明提出一种能表征多种分布式电源接入点的通用节点类型——P-f(Q,V)型节点，并提出一种P-f(Q,V)型节点在潮流计算中的处理方法。而前文提到的PQ(V)节点和PI节点只是P-f(Q,V)型节点的两个特例，且均可用本发明中提出的方法在潮流计算中进行处理。

发明内容

本发明主要是解决现有潮流计算方法不能处理分布式电源接入节点的技术问题。首先提出一种新的节点类型——P-f(Q,V)节点用以表征多种类型的分布式电源，P-f(Q,V)节点能表征的分布式电源节点应满足以下条件：有功功率P为定值，无功功率Q和节点电压幅值V为不定值，但两者之间存在一定的函数关系Q=f(V)，即无功功率随着节点电压幅值的变化而变化；其次本发明提供了一种基于牛顿-拉夫逊法的改进潮流计算方法，该方法能够用一种统一的方法处理含P-f(Q,V)节点的潮流计算。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种接入分布式电源的微电网潮流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，判定节点类型，并根据判定的节点类型结合吸收或发出的无功功率与电压之间的函数关系确定模型，并设定精度ε；规定在每次迭代中，电压幅值的大小，在直角坐标下为e_i和f_i，在极坐标下为V_i，即

步骤2，在第一次迭代前初始化节点电压，直角坐标下为e₀和f₀，极坐标下为V₀，即电压幅值，用辅助方程求出该电压条件下的Q₀；

步骤3，将Q₀当作给定值建立修正方程式，然后进行第一次迭代，计算出新的电压值e₁、f₁或V₁，再用模型求出新的无功功率Q₁。

步骤4，以Q₁为无功给定值重写对应的修正方程式，进行第二次迭代计算，计算出新的电压值e₂、f₂或V₂，再用模型求出新的无功功率Q₂，并计算Q₂-Q₁与其它节点的不平衡量，直至用e_k、f_k或V_k计算出Q_k，且Q_k-Q_k-1与其它节点的不平衡量均小于设定精度ε后输出。输出值包括：系统总网损、每条线路的有功和无功功率及功率损耗、节点的实部电压和虚部电压、节点电压的幅值和相角。

因此，本发明具有如下优点：能够用同一种方法处理各种类型的分布式电源节点，故在将来出现新的分布式电源节点类型时程序容易扩展；而且该方法不论是对电压以极坐标表示或是以直角坐标表示的情况均适用。

附图说明

附图1是本发明实施例1中WCSS9节点系统示意图。

附图2是本发明的计算方法流程示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

一.首先，介绍一下本发明的基本原理。

1.PV与PQ节点。

对于当作PV节点类型的微电源，由于可能是通过逆变器接入电网的，而逆变器输出的无功功率是有一个范围的（Q_min，Q_max），在迭代过程中出现越界时应该将其转换为PQ节点，Q值应设为Q_min或Q_max，而当无功功率值回到范围内时，则应该再转换成PV节点。

对于当作PQ节点类型的微电源，将其当作大小为－P与－Q的恒功率负荷处理即可。

这两种类型的微电源用牛顿—拉夫逊法进行常规迭代计算即可。

2.P-f(Q,V)节点。

目前风力发电一般采用异步风力发电机，异步发电机与同步发电机不同之处在于其本身并不向电网输出无功功率，而是从电网吸收无功功率。

在风速给定的情况下，风机输出的有功功率是给定值，其吸收的无功和机端电压都是不确定的，两者间存在如下函数关系：

$Q=\frac{V^2}{X_m}+\frac{V^2-\sqrt{V^4-4P^2{(X_1+X_2)}^2}}{2(X_1+X_2)}$

式中：X₁为定子漏抗，X₂为转子漏抗，X_m为励磁电抗，V²可以用e²+f²替代。

由于吸收的无功功率Q是关于机端电压V的函数，故在潮流计算中不能将异步风力发电机简单地处理成PQ或PV节点，而应该当作一种P-f(Q,V)节点处理。

光伏电池可以通过控制逆变器，在损失一部分有功功率的情况下接入微电网并进行无功补偿，故光伏电池可以用限定输出的逆变器来建模。逆变器又分为电流控制型和电压控制型。对于前者，其输出的有功功率P和注入电网的电流I是给定的，注入的无功功率为关于电压的函数：

$Q=\sqrt{{\left|I\right|}^2(e^2+f^2)-P^2}$

或写作：

$Q=\sqrt{{\left|I\right|}^2{V}^2-P^2}$

式中：e和f分别为电压的实部和虚部；上式同样表达的是通过逆变器后发出的无功功率与电压之间的函数关系，异步风力发电机节点是相同的，故这两种类型的节点均为P-f(Q,V)节点的一种特例，故这两种类型的节点均可用用前文所提出的方法进行处理。

二.下面是采用上述的工作原理的具体实施例。

实例1：

仿真算例为如图1所示的WCSS9节点系统。

基准容量为100MW，将节点2换成由95台2MW异步风机组成的风电场。定子漏抗：5p.u.，转子漏抗：5p.u.，励磁电抗：150p.u.，用所编制的程序进行潮流计算，部分节点的潮流计算结果如表1所示：

表1潮流计算结果（节点电压，p.u.）

为了研究异步风机和光伏电池的接入对程序收敛速度的影响，仍旧以WCSS9节点系统为例，分以下4种方案进行讨论：

方案1：不接入任何新类型节点；

方案2：将2号节点换成异步风机；

方案3：将9号节点换成光伏电池；

方案4：将2号节点换成异步风机，同时将9号节点换成光伏电池。

其中异步风机的参数与前一算例中的相同，光伏电池的有功功率为0.4p.u.，电流为0.4123p.u.。设迭代精度为10^-10，4种方案下的迭代次数如表2所示：

表2不同方案下的迭代次数

可以看出在加入异步风机或光伏电池这两种新类型节点后迭代次数会增加。但同时处理这两种节点并没有额外增加迭代次数。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种适应多种分布式电源接入节点的改进牛顿—拉夫逊潮流计算方法，其特征在于，能够处理一种能表征多种分布式电源的节点类型：即P-f(Q,V)节点；P-f(Q,V)节点能表征的分布式电源节点满足以下条件：有功功率P为定值，无功功率Q和节点电压幅值V为不定值，但两者之间存在一定的函数关系Q＝f(V)，即无功功率随着节点电压幅值的变化而变化所述的P-f(Q,V)节点，并且：分以下4种方案进行讨论：

方案1：不接入任何新类型节点；

方案2：将2号节点换成异步风机；

方案3：将9号节点换成光伏电池；

方案4：将2号节点换成异步风机，同时将9号节点换成光伏电池；

具体包括以下步骤：

步骤1，判定节点类型，并根据判定的节点类型结合吸收或发出的无功功率与电压之间的函数关系确定模型，并设定精度ε；规定在每次迭代中，电压幅值的大小，在直角坐标下为e_i和f_i，在极坐标下为V_i，即

基准容量为100MW，将节点2换成由95台2MW异步风机组成的风电场，定子漏抗：5p.u.，转子漏抗：5p.u.，励磁电抗：150p.u.，用所编制的程序进行潮流计算，部分节点的潮流计算结果如下所示：

表1潮流计算结果，其中，节点电压：p.u.

步骤2，在第一次迭代前初始化节点电压，直角坐标下为e₀和f₀，极坐标下为V₀，即电压幅值，用辅助方程求出该电压条件下的Q₀；

步骤3，将Q₀当作给定值建立修正方程式，然后进行第一次迭代，计算出新的电压值e₁、f₁或V₁，再用模型求出新的无功功率Q₁；

步骤4，以Q₁为无功给定值重写对应的修正方程式，进行第二次迭代计算，计算出新的电压值e₂、f₂或V₂，再用模型求出新的无功功率Q₂，并计算Q₂-Q₁与其它节点的不平衡量，直至用e_k、f_k或V_k计算出Q_k，且Q_k-Q_k-1与其它节点的不平衡量均小于设定精度ε后输出，输出值包括：系统总网损、每条线路的有功和无功功率及功率损耗、节点的实部电压和虚部电压、节点电压的幅值和相角；

其中异步风机的参数与前一算例中的相同，光伏电池的有功功率为0.4p.u.，电流为0.4123p.u.；设迭代精度为10^-10，4种方案下的迭代次数如表2所示：

表2不同方案下的迭代次数

可以看出在加入异步风机或光伏电池这两种新类型节点后迭代次数会增加；但同时处理这两种节点并没有额外增加迭代次数。