分布式电源接入对配电网影响的研究附Matlab代码

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⛄ 内容介绍

分布式电源的接入使得配电系统从放射状无源网络变为分布有中小型电源的有源网络。带来了使单向流动的电流方向具有了不确定性等等问题，使得配电系统的控制和管理变得更加复杂。但同时，分布式电源又具有提高电网可靠性，绿色节能，等等优点，所以为更好的利用分布式电源为人类造福，我们必须对其进行研究与分析。

本文采取通过利用仿真软件Matlab编写计算潮流程序模拟分布式电源接入配电网的模型进行潮流计算的方法对分布式电源的稳态影响进行探索与分析。

选取了34节点的配电网网络模型，通过对单个以及多个分布式电源的接入位置以及容量的不同情况对34节点配电网的网损以及节点电压状况进行了分析。

1.1分布式电源及其特点

DG是指某些中小型发电装置靠近用户侧安装，它既可独立于公共电网直接为少量用户提供电能，也可将其接入配电网络，与公共电网一起共同为用户提供电能【1】。它是以资源和环境效益最大化、以能源利用效率最优化确定方式和容量的新型能源系统。

DG电源包括:太阳能发电站、光伏发电系统、风力发电站、地热发电装置、微型燃气轮机、柴油发电机、燃料电池、生物质发电装置以及储能装置等【2】。根据用户群及使用目的不同，DG装置可实现备用电站、电力调峰、热电联供电站以及边远地区的独立发电等多种用途。

与传统的中心电站相比，DG装置输出功率要小得多，一般为2KW-5OOMW。由于容量及体积均较小，因此易于找到合适的安装地点。对于一些边远贫困地区，安装小型DG装置，充分利用当地资源，采用就地发电的方法为该地区的居民提供电能。该方案投资小、建设周期短，切实可行。DG有灵活的负荷调节能力，启动过程只需几秒钟时间，而且其出力可以按小时调节。因此，DG的运营也具有很好的灵活性。此外，DG可作为备用电源为要求不间断供电的用户提供电能，在峰谷电价的情况下，该措施可保障电力的可靠性，并减少电费支出【3】。同时，由于DG装置与大电网的接入和断开具有相对自主性，当大电网发生故障时，通过启动断开装置，使DG与电网断开，由DG独立为用户供电。美加大停电，以及随后发生的伦敦大停电，引起了世界各国的高度重视。但在北美大停电时，那些拥有分布式能源系统的企业、单位和机构，依靠分布式电源形成的“孤岛”得到了基本的电力供应，保证了正常的运行和生活需要【4】。

1.2研究背景与意义

现在全世界的供电系统是以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式单一供电系统。虽然全世界 90%的电力负荷都由这种集中单一的大电网供电，但是当今社会对能源与电力供应的质量与安全可靠性的要求越来越高，大电网由于自身的缺陷已经不能满足这种要求【5】。由于大电网中任何一点产生的故障都有可能对整个电网造成较大影响，严重时会引起大面积停电甚至是全网崩溃，造成灾难性后果，这样的事故在国外时有发生，而且这种大电网又极易受到战争或恐怖势力的破坏，一般的军事打击都把摧毁大电厂或电站作为主要目标之一，一旦大电网受到破坏将严重危害国家的安全【6】，另外集中式大电网还不能很好的解决跟踪电力负荷变化的问题，而为了短暂的峰荷建造发电厂其花费是巨大的，经济效益也非常低。根据西方国家的经验：大电网系统和分布式发电系统相结合是节省投资，降低能耗，提高系统安全性和灵活性的主要方法【7】。

集中式与分布式有机结合21世纪能源工业的重要发展方向。在欧洲，分布式能源已不是新技术。而在我国，随着经济建设的飞速发展，我国集中式供电网的规模迅速膨胀。这种发展所带来的安全性问题不容忽视。由于各地经济发展很不平衡，对于广大经济欠发达的农村地区来说，特别是农牧地区和偏远山区，要形成一定规模的、强大的集中式供配电网需要巨额的投资和很长的时间周期，能源供应严重制约这些地区的经济发展。而分布式发电技术则刚好可以弥补集中式发电的这些局限性。在我国西北部广大农村地区风力资源十分丰富，比如内蒙古已经形成了年发电量1 亿千瓦时的电量，除自用外，还可送往北京地区，这种无污染绿色能源可以减轻当地的环境污染。在可再生能源分布式发电系统中的除风力发电外，还有太阳能光伏电池、中小水电等都是解决我国偏远地区缺电的良好办法【8】。因此，应引起足够的重视。

1.3国内外进展

分布式发电系统的潮流计算这个课题随着分布式发电系统的推广而日益被重视。潮流计算是电力系统分析的基础，对于一个新出现的系统，必须在考虑新的元件，新的问题的前提下，改进传统的电力系统潮流算法，以得到适用于新系统的潮流算法，使之能准确，方便的为新系统的分析所运用。对于分布式发电系统也是一样，分布式发电系统较之传统的配电网系统，有很多的不同点，而影响到传统潮流算法的应用的难点，主要集中在对分布式电源的建模及其在潮流算法中的处理方法上。许多文献从不同的角度尝试对这个问题进行了分析，也积累了许多经验。

本世纪之前和世纪之初进行的关于分布式发电系统潮流计算的研究，一般是将分布式电源简化成一种节点类型，将其代入传统的潮流计算中。一般的简化处理有，将同步发电机处理成如PQ 节点，即用一个三相平衡的电压源接同步发电机三相阻抗所形成的功率输出恒定的模型，而在能处理 PV 节点的算法中，也可以将其直接处理成有功输出和电压幅值恒定的 PV 节点；而对异步发电机，虽然其吸收的无功是随该点的电压幅值而改变的，但在配电网中，各点的电压标幺值基本都在 1.0 附近，因此可以近似认为异步发电机的吸收无功恒定，将其处理成 PQ 节点。如文献【9】中，将分布式电源处理成 PQ 节点并用牛顿法解潮流。文献【10】将同步发电机和异步发电机都看成 PQ 节点，形成了适用于潮流计算和短路电流计算的模型，值得一提的是，该文是第一篇考虑了三相不平衡问题的关于分布式发电系统潮流问题的文章。而文献【11】则将分布式电源处理成 PV 节点，并用牛顿法计算了单相潮流。文献【12】是在这时期的文献中，分析的分布式电源类型较全的一篇，文中分别对同步发电机，异步发电机和与电力电子装置相连的分布式电源进行建模，根据所在节点的电压值，计算出参与迭代的节点功率值，将分布式电源近似处理成 PQ 节点，并且考虑到分布式发电系统中出现的逆向潮流，增加了对适用于逆向潮流的电压调节器的建模，最后用前推-回代法实现了单相潮流的计算。

1.4本文的主要工作

本文通过利用仿真软件Matlab编写了潮流计算程序模拟分布式电源接入对配电网的模型进行潮流计算，这个程序能够实现通过人机对话界面输入添加分布式电源的位置容量等信息，进行运算得出潮流运算结果，从而得出各节点电压，网损等稳态参数。

本文将选取34节点的配电网模型进行分析，利用所编写的潮流程序可以很方便的对分布式电源接入配电网对配电网的稳态影响得出大量的数据从而进行探索与分析。并绘制了大量图表作为理论依据。

⛄ 部分代码

function Sbus = makeSbus(baseMVA, bus, gen)

%MAKESBUS 建立功率注入部分的Sbus

% Sbus = makeSbus(baseMVA, bus, gen)

%% 列索引

[PQ, PV, REF, NONE, BUS_I, BUS_TYPE, PD, QD, GS, BS, BUS_AREA, VM, ...

VA, BASE_KV, ZONE, VMAX, VMIN, LAM_P, LAM_Q, MU_VMAX, MU_VMIN] = idx_bus;

[GEN_BUS, PG, QG, QMAX, QMIN, VG, MBASE, GEN_STATUS, PMAX, PMIN, ...

MU_PMAX, MU_PMIN, MU_QMAX, MU_QMIN, PC1, PC2, QC1MIN, QC1MAX, ...

QC2MIN, QC2MAX, RAMP_AGC, RAMP_10, RAMP_30, RAMP_Q, APF] = idx_gen;

%% 电源信息

on = find(gen(:, GEN_STATUS) > 0); %% 检查哪个电源在运行

gbus = gen(on, GEN_BUS); %% 在哪条母线上？

%% 建立功率注入部分

nb = size(bus, 1);

ngon = size(on, 1);

Cg = sparse(gbus, (1:ngon)', ones(ngon, 1), nb, ngon); %% 联络矩阵

Sbus = ( Cg * (gen(on, PG) + 1j * gen(on, QG)) ... %%电源和负荷的功率注入

- (bus(:, PD) + 1j * bus(:, QD)) ) / ...

baseMVA;

⛄ 运行结果

⛄ 参考文献

【1】李新，彭怡，赵晶晶等。分布式电源并网的潮流计算[J].电力系统保护与控制,2009.9

【2】BEGOVIC M. Sustainable Emergency Technologies and Distribution. In: Proceeding of 2001 IEEE Power Engineering Society Summer Meeting. Vol 1. Vancouver(Canada): 2001. 540 - 545.

【3】DAVIS M W. Will Distribute Resources Ultimately Replace Central Generation Serving Commercial and Residential Loads? In: Proceedings of 2000 IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, Vol 3. Seattle（WA,USA）: 2000. 1670 - 1673.

【4】王建，李兴源，邱晓燕。含有分布式发电装置的电力系统研究综述[J].2005.10:TM61

【5】孙云莲，胡雯。浅析分布式电源并网对电能质量的影响 [J]. 高科技与产业化，2009,12

【6】陈海焱，陈金富，段献忠。含分布式电源的配电网潮流计算 [J]。电力系统自动化，2006.1 TM744

【7】N.Hadjsaid, J.F.Canard, F.Dumas. Dispersed generation impact on distribution networks [J]. IEEE Computer Applications in Power, 1999, 12(2): 22–28.