1、應用于獨立運行微電網的潮流計算方法y.h. liu, z.q. wu, s.j lin, n p brandon摘 要：大多數現有的潮流計算方法的使用基準節點作為整個系統的參 考節點。越來越多的新的分布式電源( dgrs)被添加到電網中。有時，局部電網的需求或失效可能導致獨立微電網形成，其被稱為“獨立源”系統。然而，目前的分布式電源往往是有限的，沒有任何單獨的dgr可平衡電力需求和穩定微電網的頻率，這意味著沒有任何不穩定的節點從該微電網可以被控制。根據現有的研究， 一個dgr再加上個專門的能源存儲系統和適當的控制策略(這里稱為分布式發電(dg)系統）有能力來調整其輸出。這意味著個分布式發電機系

2、統可以動態地響應電網。這分布式發電是指個系統可以動態地響應電網。本文將介紹一個新的潮流計算方法（關于牛頓拉夫遜潮流的解決方案為基礎）具有良好的收斂性，在一個獨立源系統可以容納個平衡節點。這種潮流結果和整個系統的頻率。該方法建議中詳細討論了不同的分布式發電機的例子系統的各種調整系數和負荷模型。是相對于傳統的潮流計算方法，使用平衡節點。總之，該論文表明，改進方法更適合于網狀拓撲系統獨立源和微型電網管理穩定節點。 關鍵詞：分布式發電，獨立源，微電網，潮流計算，電力系統一、符號說明a系數i，j 節點數目：b常數n 節點系統的數目：m 非動力源系統中的節點數u； ai 復合負荷模型恒定阻抗負荷百分比系數

3、； bi 復合負載模型恒定流負載百分比系數； ci 復合負載模型恒定功率負載百分比系數； kg,p 分布式發電機有功功率調節系數； kg,q 分布式發電機無功功率調節系數： kli,p 負荷有功功率調節系數; kli,q 負荷無功功率調節系數;c變量p 有功功率；pi 有源功率節點i； 電壓相角；ij i和j之間的電壓相角差節q 無功功率：pi 有功功率注入到節點i：qi 無功功率注入到節點i：u 電壓大小：ui 節點i的電壓；uj 節點j的電壓；p 有功功率的導數值；q 無功功率的導數值；u 電壓幅值的導數f；f 系統頻率； f 系統頻率的導數值；d.標g 發電機；l 負載；p 有功功率；q

4、 無功功率0 初始值二、引言作為電力系統的分析和控制的基礎，潮流計算得到了廣泛研究和廣泛應用。最傳統的潮流計算方法需要設置系統在計算平衡節點。越來越多的新的分布式發電資源( dgrs)被添加到電網。這些可以包括內燃機，微型燃氣輪機，燃料電池，風力渦輪機，波浪能和潮汐的分布式發電機( dg)發電機這種輸出往往不作為個傳統的發電機。通常，與一個在獨立源微型電網中頻率調節器相比，由于損耗、傳統體制，電力系統的負荷總是隨時間變化而變化。因此，在獨立源微電網，沒有任何單一的發生器，可以使整個系統日益增加的需求平衡。這意味著沒有任何一個獨立源微電網系統，這是從傳統的權力本質上的大型電力系統潮流計算不同潮流

5、計算的不穩定節點。已有的研究對分布式電源( dgrs)這表明，有功功率，無功功率和輸出電壓可調節分布式電源。lopes和同事討論了通過兩國能源分布式存儲和逆變器控制生成，可以實現電源頻率和電壓，無功作為微型渦輪機和傳統的同步發電機的功率類似的特征。k. de brabandere , 討論了一個獨立源系統的電壓和頻率下降的逆變器并聯控制策略。電壓和功率調整dgrs能力在論文中會被考慮，幾乎所有分布式電源已處理作為個松弛pq 的節點。但是在潮流計算仍然需要不穩定節點。傳統的分配制度包括徑向，鏈條或其他簡單的結構。使用嵌入式發電機是一個靈活的結構可以確保電力供應給客戶。然而，靈活的結構也可能導致個

6、復雜的網絡拓撲。由于其二次收斂的牛頓迭代法是廣泛應用于電力與復雜拓撲網的解決方案。在此，提出一種新的潮流計算方法的牛頓拉夫遜方法基礎上，提出解決孤島微電網潮流。沒有任何不穩定節點設置，而電壓和功率調節能力的分布式電源考慮。基于ieee 5節點與環結構， 一個系統是一系列的比較，例如：不同地點的dgs，不同特性的dgs，以及具有不同特點的負載。 三、獨立源微電網一般來說，分布式發電機范圍輸出功率為從幾千瓦到50兆瓦。雖然普通的水電發電機和燃煤發電機容量大約從百萬千瓦到300兆瓦。因此dg的容量遠小于普通的發電機。雖然一些接口（通常是逆變器），分布式發電機可以提供功率給交流負載。因此，一個分布式發

7、電機的能力大大高于傳統的發電機。通過控制逆變器，分布式發電機的輸出可以被控制。有時一個大型系統故障是由獨立源系統的造成的。為了維持當地的電力供應，分布式發電機和它的本地負載作為獨立的系統，而不是成為某個保持與主電網的連結獨立源系統。另種情況是為了滿足些偏遠的客戶 或大客戶的需求。電力供應商和當地的負荷自然而然的形成個微電網，這個稱為獨立源系統。局部使用分布式發電供電可以節省能源和成本。獨立源意味著微電網絡是完全獨立，從大規模的系統中分離出來，并沒有與電氣或磁性連接。整個系統必須保持平衡的頻率和電壓，整個系統的水平必須維持在可接受的范圍內。由于分布式發電機的輸出是太有限頻率進行調整，分布式發電機

8、必須攜手合作。 四、潮流計算相對于傳統的潮流計算，本論文所介紹的潮流和頻率計算分析與分布式發電系統獨立源。a節點類型在傳統的潮流計算，第一個步驟是分類系統的節點。系統的節點通常可以分為三大類：pq的節點，pv節點和不穩定節點（v節點）。平衡節點，也稱為松弛節點，擔負著整個系統的頻率調整。這通常是個大型的水電站，它有能力迅速產生大量的輸出。在現實的系統里負載隨著時間的變化。發電機的輸出隨負荷相應變化。整個系統，保持動態平衡與它的頻率，維持在可接受的范圍之內。在本文中，在整個變化的系統中分布式發電機的輸出被自動分配給動態平衡負載。這里是松弛的pq的節點，而不是任何其他類型的節點，例如平衡節點。b.

9、節點方程每一個分布式發電機都有調節不同功率的能力，通過他的等式方程表示不同的調節系數：pgi=pgi01-kgi,p(f-f0)qgi=qgi01-kgi,p(u-ugi,0) (1)本文的負荷模型是一個組合模型的三種單獨的模型構造。考慮靜態特性，任何負荷節點的功率方程被（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.雅可比矩陣關鍵問題是使用牛頓迭代潮流的解決方案是雅可比矩陣及的逆。上述節點功率平衡方程

10、考慮的是電源和負載的調節作用。因此，除分矩陣l（n*n）,m(n*n-1階)，n（n*n階）和h（n*n-1階）相似與傳統的雅可比矩陣，有額外的子矩陣e（n*1階），m（n*1階）分別表示其之間的有功與無功功率頻率偏差的關系： qp=- lmenhf uuf (3)各子矩陣的詳細內容是為如下： 這里的gij和bij是電導實部。lvi和nvi是有功功率和負載靜態調整的影響系數：五、實例分析一般來說，一個傳統的分布式電力系統網絡拓撲結構是根。一個拓撲分布式網絡與分布式發電機可能更為復雜。對牛頓迭代法的基礎上，本文提出的方法適應了這兩個根和循環網絡潮流計算的拓撲：a.系統及參數在一個例子，把在iee

11、e5節點高電壓系統（傳輸系統）轉化一個微電網(圖1)。除了減少系統的基礎能力到100kva，我們消除了在低電壓等級中不被考慮的分支。其他參數是在文獻中給出的相同。b假定條件電阻和電抗分布式系統是不同的傳輸系統。現實的分布式系統的拓撲結構更有可能會比在本文的例子復雜。討論的重點在獨立源系統與各個分布式發電機的合作的潮流計算。每個分布式發電機的超出限制的輸出功率/電壓沒有被考慮到。我們假設系統的頻率保持在一個可接受的范圍。假定功率源的等效調節系數和負載系數值，用來方便計算的和討論。例如，如果一個分布式發電機無功功率調節能力很差，那么它的無功功率調節系數設置為0。在此模型中，我們只討論對稱三相功率潮

12、流。復雜的三相不對稱情況將在進一步的工作中被討論。c算例和參考數據構建一系列的比較，基于ieee 5節點與環結構體系（圖1）。表1顯示的分布式電源不同地點，不同分布式發電的不同特征被賦予不同的系數。負荷調節能力已考慮。表 不同的調控系數k1k2k3k4k5k6nkv1kf1kv2kf2kv3kf3kv4kf4kv5kf5kv6kf61-22-22-22-2200-222-22-22-22-2200-223-22-22-22-2200-22420200202040002020101052040204020200020401020kf（頻率調節系數）-dg：kg，p;負載：kl,p。kv（電壓調節

13、系數）-dg：kg，q;負載：kl,q。表1從k1的dgs不同于k2：k3的dgs與這些在k1中顯示的交換了位置;k4顯示的dgs也沒有調控能力：k5的不考慮每個負載的調節能力。k6意味著每個dg達到kl一半的能力。不同負荷模型被認為是通過給定不同復臺載荷的比例系數而構成的。表不同負荷對比模型百分比l1:combined nodell2:pure resistancel3:pure currentl4:pure powera1b1c1a2b2c2a3b3c3a4b4c4pl0.30.30.4100010001ql0.30.30.310001000113例(c)被比較（見表三）。前兩個co和ci

14、的情況下使用的是傳統的電力潮流計算方法供應量(m1)，其他例子使用在這個論文中提出改進方法量(m2)。節點5設置是不穩定供應量m1節點。在m2，c2到c9中考慮到中不同的調控系數和他們的不同位置（表一所示），不同負荷不同調節系數（表一所示），不同的負荷模型（表二所示）。表對照不同的計算例c描述不同的案例0m1:恒定功率負載,基本負載1m1:恒定功率負載,每個負載增加10%2m2:k1 電壓恒定系數,l1 負載,基本負載3m2:k1 電壓恒定系數,l1 每個負載增加10%4m2:k2 電壓恒定系數,l1 基本負載5m2:k3 電壓恒定系數,l1 基本負載6m2:k4 電壓恒定系數,l1 基本負載

15、7m2:k4 電壓恒定系數,l1 每個負載增加10%8m2:k5 電壓恒定系數,l1 基本負載9m2:k6 電壓恒定系數,l1 基本負載10m2:k6 電壓恒定系數,l2 基本負載11m2:k6 電壓恒定系數,l3 基本負載12m2:k6 電壓恒定系數,l4 基本負載c:不同的計算例，m:潮流計算法，m1-傳統方法，m2-改進方法；k1-k6：發電系數不同的負荷模型，見表一；l1-l4:基本負載模型，見表二。初始值在表四表示（數據每單位價值）；表四顯示每個電力節點的初試數據。對每個節點的電壓大小的初試值是1.0，每個節點電壓的電壓相是0.表 初始值有功/無功功率在每個節點節點12345pq1.

16、62.03.75.0052.680.81.01.31.812.2d.結論迭代結果的誤差小于10-5 在m1，頻率總是被看成50hz.表五顯示的是m2在不同的例子中系統頻率的計算：表 系統頻率不同c2345 6 789101112f5049.88449.89549.99647.21349.1075049.98349.7449.96850.121圖2，3和4分別顯示了（單位價值）如何有功功率，無功功率和電壓隨不同的情況而變化。為了方便比較，所有數據都是單位值。此外，每個數據的基礎線已在轉移到圖2和3。尋找數據的實際值如2所示，下面的步驟是必要的。對于節點l：扣除1；節點2：扣除2；節點3：增加3；

17、節點4：添加5，節點；加2。同樣，對于無功節點4和5在圖3中，原來的值可以得到加1的數據顯示。實際的單位電壓值如圖4所示。圖2 5節點在不同情況下的有功功率 圖3 5節點在不同情況下的無功功率圖4 5節點在不同情況下的電壓水平d結論1.案例1與案例0比較表明，在傳統的潮流計算，節點5獨自承擔任務以滿足增加的電力需求活躍，連同節點4，平衡無功功率的需求不斷增加。它會導致在節點1電壓處于最低水平，同時保持其他節點電壓水平。例2例3比較表明，使用該方法時，所有的分布式發電份額的負載，并且在每個節點增加負荷的電壓是可以接受的電壓等級減少的結果。2.比較例2，4和5表明不同類型的電源，不同的位置分布式發

18、電機，導致功率的潮流改變。3.比較例2，6和7。例2中系統電壓和頻率都超出可按受的范圍因為分布式發電缺乏調控能力。比較案例2例8表明，負載調節能力對系統的頻率和潮流的影響不大。4.對比的9，10，11，12顯示，不同的負荷模型及其組合可以大大影響系統的頻率和潮流。5.從討論3和4我們知道，在一簡單的系統中其負載調整頻率的影響和潮流取決于是否負荷控制能力是比電源的強或不強。六、結 論本文提出相對于傳統的潮流計算改進后的潮流計算方法反映了獨立源運行和微電網的控制規則。它可以分析一個獨立運行系統的潮流和系統頻率。在一個獨立源系統，有功功率-頻率和無功功率-電壓的各種分布式發電的調控能力對系統的穩定有

19、積極作用。成功協調每個分布式發電的輸出控制，以平衡負載的變化和維持系統頻率及電壓等級，關鍵是一個穩定的獨立運行系統。進一步研究規范分布式電動機控制。七、致 謝作者們非常感謝提供資料人dr.offer,gregory j,他對這份文件的原始版本的工作。參考文獻：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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