分布式光伏接入的輻射型配電網(wǎng)

近年來(lái)，隨著光伏產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，分布式光伏發(fā)電技術(shù)得到了越來(lái)越多的關(guān)注。由于光伏出力的強(qiáng)隨機(jī)特性，給含光伏接入的配電系統(tǒng)在運(yùn)行調(diào)度、無(wú)功優(yōu)化、電壓控制等方面帶來(lái)了新的困難，需要系統(tǒng)控制策略能夠及時(shí)響應(yīng)由于光伏出力波動(dòng)導(dǎo)致的系統(tǒng)運(yùn)行變化。

潮流計(jì)算作為電力系統(tǒng)分析中的基礎(chǔ)部分，在眾多的配電系統(tǒng)控制場(chǎng)合中被大量使用，因此需要一種高效、實(shí)用的計(jì)算方法，以更好地滿足含光伏接入的配電系統(tǒng)的分析、調(diào)度和控制需求。

在配電網(wǎng)潮流計(jì)算上，光伏通常被認(rèn)為是分布式電源的一種，統(tǒng)一考慮，許多學(xué)者就含分布式電源的配電網(wǎng)潮流計(jì)算開(kāi)展了大量的研究工作，其中很大一部分是以牛頓法為基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行算法的改進(jìn)。

1.采用了改進(jìn)的牛頓法求解含分布式電源的配電網(wǎng)潮流，降低了原算法對(duì)初值的敏感程度。

2.在以傳統(tǒng)的牛頓法進(jìn)行含分布式電源的潮流分析的基礎(chǔ)上，提出了不同的硬件控制策略。

3.提出了一種更為簡(jiǎn)單的Jacobi矩陣構(gòu)造方法，極大程度地減少了計(jì)算量。

4.在每次迭代計(jì)算中運(yùn)用Levenberg-Marquard方法對(duì)Jacobi矩陣元素進(jìn)行調(diào)整，增強(qiáng)了牛頓法的收斂性。

5.利用牛頓法求取網(wǎng)損靈敏度參與因子，獲得各變電站及分布式電源對(duì)有功網(wǎng)損的貢獻(xiàn)，進(jìn)而計(jì)算配電網(wǎng)潮流。

然而無(wú)論是在傳統(tǒng)或改進(jìn)的牛頓法中，均不能規(guī)避Jacobi矩陣的求逆運(yùn)算，這嚴(yán)重影響了計(jì)算速率。相較而言，前推回代法具有比牛頓類算法更簡(jiǎn)明的迭代形式及更迅速的收斂效果，在配電系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1.將系統(tǒng)中的分布式電源建模成PV節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用PV節(jié)點(diǎn)敏感性矩陣消除電壓偏差，并利用前推回代法求解潮流。

2.研究了多種分布式電源在前推回代法中的數(shù)學(xué)模型。

3.分析了不同負(fù)荷的靜態(tài)電壓特性，提出在前推及回代過(guò)程中均進(jìn)行電壓迭代，使得算法對(duì)負(fù)荷靜態(tài)電壓特性變化的敏感性減弱。

4.采用前推回代法和基于節(jié)點(diǎn)方程的牛頓法交替求解輻射型網(wǎng)絡(luò)與環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)潮流計(jì)算。

上述方法從不同層面提高了配電網(wǎng)潮流計(jì)算性能，均是以迭代方式進(jìn)行求解。然而，在配電網(wǎng)優(yōu)化、調(diào)度這類涉及大規(guī)模潮流計(jì)算的場(chǎng)合中，迭代過(guò)程帶來(lái)的計(jì)算效率不足問(wèn)題顯得尤為明顯。針對(duì)此問(wèn)題，通過(guò)簡(jiǎn)化潮流模型，將非線性潮流方程線性化，實(shí)現(xiàn)潮流的直接求解。

1.以回路分析法為基礎(chǔ)，對(duì)電壓回路方程作線性處理，可以直接求取電壓分布結(jié)果。

2.在定量分析配電網(wǎng)簡(jiǎn)化條件的基礎(chǔ)上，采用兩種簡(jiǎn)化方法對(duì)ZIP負(fù)荷模型線性化，提出了線性單相及三相潮流計(jì)算方法。

3.利用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)式，使潮流在初始運(yùn)行點(diǎn)附近線性化，構(gòu)建潮流模型。

4.基于線性化的直流潮流算法，考慮了負(fù)荷無(wú)功對(duì)電壓相位的影響，改進(jìn)了原算法。

然而這些方法存在的共性問(wèn)題是對(duì)潮流方程線性化過(guò)程中，均未涉及對(duì)近似潮流解作為系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的可行解的討論，而電力系統(tǒng)潮流方程具有多解性，其中表征系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定的解是唯一的，即為實(shí)際運(yùn)行可行解。

給出了配電網(wǎng)潮流近似計(jì)算下有解的判定方法，提供了開(kāi)創(chuàng)性思路。但研究重點(diǎn)論證了所求潮流解的唯一性，并未說(shuō)明解的可行性。此外，研究中未考慮分布式電源接入的場(chǎng)景以及網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對(duì)算法性能的影響。

在此基礎(chǔ)上，將分布式電源等效為與負(fù)荷功率參考方向相反的“正”負(fù)荷，并重新構(gòu)造了潮流有解的判定方法。不過(guò)這種等效處理難以反映分布式電源的實(shí)際動(dòng)態(tài)特性。

綜上而言，配電網(wǎng)潮流分析存在著以下關(guān)鍵點(diǎn)：考慮分布式電源、提高求解速率、保證解可行性。本文以含分布式光伏接入的輻射型結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)為研究對(duì)象，考慮光伏逆變器的一種特定并網(wǎng)運(yùn)行方式，在此基礎(chǔ)上，提出一種潮流的線性近似計(jì)算方法。

該方法具有簡(jiǎn)明的表達(dá)式，能夠直接求取電壓分布，適用于潮流快速計(jì)算場(chǎng)合。該方法所求得的潮流解能夠作為系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行解的充分性，并給出近似計(jì)算成立的前提條件，通過(guò)算例仿真對(duì)所提算法的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，分析了不同系統(tǒng)參數(shù)對(duì)快速潮流計(jì)算方法的成立與計(jì)算結(jié)果精度的影響。

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