分布式光伏接入的輻射型配電網(wǎng)

近年來，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、無功優(yōu)化、電壓控制等方面帶來了新的困難，需要系統(tǒng)控制策略能夠及時響應(yīng)由于光伏出力波動導(dǎo)致的系統(tǒng)運(yùn)行變化。

潮流計算作為電力系統(tǒng)分析中的基礎(chǔ)部分，在眾多的配電系統(tǒng)控制場合中被大量使用，因此需要一種高效、實(shí)用的計算方法，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)潮流計算開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.提出了一種更為簡單的Jacobi矩陣構(gòu)造方法，極大程度地減少了計算量。

4.在每次迭代計算中運(yùn)用Levenberg-Marquard方法對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有功網(wǎng)損的貢獻(xiàn)，進(jìn)而計算配電網(wǎng)潮流。

然而無論是在傳統(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)重影響了計算速率。相較而言，前推回代法具有比牛頓類算法更簡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程中均進(jìn)行電壓迭代，使得算法對負(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)潮流計算。

上述方法從不同層面提高了配電網(wǎng)潮流計算性能，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)模潮流計算的場合中，迭代過程帶來的計算效率不足問題顯得尤為明顯。針對此問題，通過簡化潮流模型，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)簡化條件的基礎(chǔ)上，采用兩種簡化方法對ZIP負(fù)荷模型線性化，提出了線性單相及三相潮流計算方法。

3.利用泰勒級數(shù)展開式，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)荷無功對電壓相位的影響，改進(jìn)了原算法。

然而這些方法存在的共性問題是對潮流方程線性化過程中，均未涉及對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)潮流近似計算下有解的判定方法，提供了開創(chuàng)性思路。但研究重點(diǎn)論證了所求潮流解的唯一性，并未說明解的可行性。此外，研究中未考慮分布式電源接入的場景以及網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對算法性能的影響。

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。不過這種等效處理難以反映分布式電源的實(shí)際動態(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算方法。

該方法具有簡明的表達(dá)式，能夠直接求取電壓分布，適用于潮流快速計算場合。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，并給出近似計算成立的前提條件，通過算例仿真對所提算法的有效性進(jìn)行驗證，分析了不同系統(tǒng)參數(shù)對快速潮流計算方法的成立與計算結(jié)果精度的影響。

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