CN104466956B - 一种分布式电源的潮流计算方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种分布式电源的潮流计算方法及装置，其中，方法包括：确定分布式电源的接口形式；将采用励磁电压恒定同步发电机接口的分布式电源等效为有功功率P和电压V确定的PV节点；将采用励磁电压可调同步发电机接口的分布式电源等效为P确定，无功功率Q随V变化而变化的P‑Q(V)节点；将采用电压控制型电力电子装置接口的分布式电源等效为P和V确定的PV节点；将采用电流控制型电力电子装置接的分布式电源口等效为P和电流I确定的PI节点；将采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源等效为PQ节点；将未采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源等效为P‑Q(V)节点。潮流计算结果更加准确可靠。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统的潮流计算领域，特别是涉及一种分布式电源的潮流计算方法及装置。
背景技术
潮流计算是电力系统非常重要的分析计算，用以研究系统规划和运行中提出的各种问题。所谓潮流计算，就是已知电网的接线方式与参数及运行条件，计算电力系统稳态运行各母线电压、各支路电流与功率及网损。对于正在运行的电力系统，通过潮流计算可以判断电网母线电压、支路电流和功率是否越限，如果有越限，就应采取措施，调整运行方式。对于正在规划的电力系统，通过潮流计算，可以为选择电网供电方案和电气设备提供依据。潮流计算还可以为继电保护和自动装置定整计算、电力系统故障计算和稳定计算等提供原始数据。
在考虑网络损耗的情况下，当分布式电源容量一定时，在配电网中任意一段支路中，分布式电源并网位置越靠近负荷，网损越小，在PQ节点和PV节点的传统网络潮流计算模型中，假定网络中分布式电源均安装在最靠近负荷点的位置，由于潮流计算中负荷点是PQ节点，为了方便计算，将分布式电源和所在节点的负荷视为一个PV节点，从而将配电网等效为一个只含有平衡节点。
但是，就实际情况而言，不同的分布式电源并网采用不同的接口形式，接口形式有同步发电机、异步发电机及电力电子装置三类，其中，电力电子装置接口主要包括整流器、变流器、逆变器，将具有不同接口形式的包含分布式电源的系统均等效为相同的潮流计算模型，将影响到潮流计算结果的准确性。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种分布式电源的潮流计算方法及装置，以解决现有技术中将具有不同接口形式的包含分布式电源的系统均等效为相同的潮流计算模型，影响到潮流计算结果的准确性的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种分布式电源的潮流计算方法，包括：
确定分布式电源的接口形式；
将采用励磁电压恒定同步发电机接口的分布式电源等效为有功功率P和电压V确定的PV节点；
将采用励磁电压可调同步发电机接口的分布式电源等效为P确定，无功功率Q随V变化而变化的P-Q(V)节点；
将采用电压控制型电力电子装置接口的分布式电源等效为P和V确定的PV节点；
将采用电流控制型电力电子装置接的分布式电源口等效为P和电流I确定的PI节点；
将采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源等效为PQ节点；
将未采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源等效为P-Q(V)节点。
其中，所述P-Q(V)节点中QG和V的关系为：
其中，x为定子电抗和转子电抗之和，xm为励磁支路电抗。
其中，所述PI节点中QE和I的关系为：
其中，所述未采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源包括：异步风力发电机，
所述异步风力发电机的功率Pm为：
其中，ρ为空气密度，单位km/m3；A为风力发电机叶轮垂直于风速的截面积，单位为m2；V为风速，单位为m/s；Cp为发电机的风能利用系数。
其中，所述风速V为：
其中，Vr为气象台测风塔所测风速，h为风力发电机叶轮高度，hr为测风塔高度，γ为切边系数。
其中，采用电压控制型电力电子装置接口的分布式电源包括：光伏发电机，
所述光伏发电机的最佳工作电流IPV和最佳工作电压VPV为：
其中，ISC为光发电机的短路电流，VOC为光伏发电机的开路电压，Imp为光伏发电机最大功率点电流，Vmp为光伏发电及最大功率点电压，Ht为标准光照强度，T为标准温度，TA为环境温度，βo为光伏电池板倾斜角度，Hθ为光伏电池板上的太阳辐射量。
其中，所述光伏发电机输出功率PPV为：
PPV＝VPVIPV，
其中，IPV为最佳工作电流和VPV为最佳工作电压。
其中，所述太阳辐射量Hθ为气象台观测数据的平均值或瞬时值。
其中，所述标准光照强度为1000W/m2，所述标准温度为25℃。
一种分布式电源的潮流计算装置，包括：确定模块、第一处理模块、第二处理模块、第三处理模块、第四处理模块、第五处理模块和第六处理模块；其中，
所述确定模块，用于确定分布式电源的接口形式；
所述第一处理模块，用于将采用励磁电压恒定同步发电机接口的分布式电源等效为有功功率P和电压V确定的PV节点；
所述第二处理模块，用于将采用励磁电压可调同步发电机接口的分布式电源等效为P确定，无功功率Q随V变化而变化的P-Q(V)节点；
所述第三处理模块，用于将采用电压控制型电力电子装置接口的分布式电源等效为P和V确定的PV节点；
所述第四处理模块，用于将采用电流控制型电力电子装置接的分布式电源口等效为P和电流I确定的PI节点；
所述第五处理模块，用于将采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源等效为PQ节点；
所述第六处理模块，用于将未采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源等效为P-Q(V)节点。
基于上述技术方案，本发明实施例提供的分布式电源的潮流计算方法和装置，确定分布式电源的接口形式后，将采用励磁电压恒定同步发电机接口的分布式电源等效为有功功率P和电压V确定的PV节点，将采用励磁电压可调同步发电机接口的分布式电源等效为P确定，无功功率Q随V变化而变化的P-Q(V)节点，将采用电压控制型电力电子装置接口的分布式电源等效为P和V确定的PV节点，将采用电流控制型电力电子装置接的分布式电源口等效为P和电流I确定的PI节点，将采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源等效为PQ节点，将未采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源等效为P-Q(V)节点。因为，不同的分布式电源并网采用不同的接口形式，主要包括同步发电机接口、异步发电机接口及电力电子装置接口三类，其中，同步发电机接口包括励磁电压恒定和励磁电压可调两种方式，电力电子装置接口包电压控制型和电流控制型，异步风力发电机接口包括采用恒功率因数控制和未采用恒功率因数控制两种，因此，将使用不同接口形式的不同类型分布式电源等效为相应的潮流计算模型，即对等效为PV节点、PQ节点、PI节点和P-Q(V)节点的分布式电源分别使用PV节点模型、PQ节点模型、PI节点模型和P-Q(V)节点模型来进行潮流计算，使潮流计算结果更加准确可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的系统潮流计算方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的系统潮流计算装置的系统框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的分布式电源的系统潮流计算方法的流程图，将使用不同接口形式的不同类型分布式电源等效为相应的潮流计算模型，使潮流计算结果更加准确可靠；参照图1，该分布式电源的系统潮流计算方法可以包括：
步骤S100：确定分布式电源的接口形式；
新兴的分布式发电技术主要包括采用化石燃料的小型燃气轮机、微型燃气轮机、燃料电池技术和采用可再生能源的光伏电池、风力发电、生物质发电、潮汐发电等技术。
不同的分布式电源并网采用不同的接口形式，主要包括同步发电机、异步发电机及电力电子装置三类。电力电子装置接口主要包括整流器、变流器、逆变器，随着电力电子技术和控制新技术的发展，逆变技术得到迅速发展。通过电力电子变换器与电网连接，操作简单，而且具有调节无功功率出力的能力，可以提高系统运行的稳定性。常见分布式电源容量及接口类型如表1所示：
表1 常见分布式电源容量及接口类型
步骤S110：将采用励磁电压恒定同步发电机接口的分布式电源等效为有功功率P和电压V确定的PV节点模型；
步骤S120：将采用励磁电压可调同步发电机接口的分布式电源等效为P确定，无功功率Q随V变化而变化的P-Q(V)节点模型；
同步发电机接口包括励磁电压恒定和励磁电压可调两种方式，前者可以视作PV节点进行潮流计算，而后者视作P-Q(V)节点。此类接口运用较少，如地热能分布式电源等；
步骤S130：将采用电压控制型电力电子装置接口的分布式电源等效为P和V确定的PV节点模型；
步骤S140：将采用电流控制型电力电子装置接的分布式电源口等效为P和电流I确定的PI节点模型；
电力电子装置接口包括多种变流器，电压控制型装置所在节点一般等效成PV节点；电流控制型装置所在节点一般等效成PI节点，这种接口运用广泛，包括光伏发电、小型燃气轮机、燃料电池、同步变速风力发电机等。
步骤S150：将采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源等效为PQ节点模型；
步骤S160：将未采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源等效为P-Q(V)节点模型。
异步风力发电机接口若采用恒功率因数控制则可等效为PQ节点，否则可等效成P-Q(V)节点进行处理。
基于上述技术方案，本发明实施例提供的分布式电源的系统潮流计算方法和装置，确定分布式电源的接口形式后，将采用励磁电压恒定同步发电机接口的分布式电源等效为有功功率P和电压V确定的PV节点，将采用励磁电压可调同步发电机接口的分布式电源等效为P确定，无功功率Q随V变化而变化的P-Q(V)节点，将采用电压控制型电力电子装置接口的分布式电源等效为P和V确定的PV节点，将采用电流控制型电力电子装置接的分布式电源口等效为P和电流I确定的PI节点，将采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源等效为PQ节点，将未采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源等效为P-Q(V)节点。因为，不同的分布式电源并网采用不同的接口形式，主要包括同步发电机接口、异步发电机接口及电力电子装置接口三类，其中，同步发电机接口包括励磁电压恒定和励磁电压可调两种方式，电力电子装置接口包电压控制型和电流控制型，异步风力发电机接口包括采用恒功率因数控制和未采用恒功率因数控制两种，因此，将使用不同接口形式的不同类型分布式电源等效为相应的潮流计算模型，使潮流计算结果更加准确可靠。
可选的，P-Q(V)节点中QG和V的关系可以为：
其中，x为定子电抗和转子电抗之和，xm为励磁支路电抗
可选的，PI节点中QE和I的关系可以为：
可选的，未采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源中的异步风力发电机的功率Pm可以为：
其中，ρ为空气密度，单位km/m3；A为风力发电机叶轮垂直于风速的截面积，单位为m2；V为风速，单位为m/s；Cp为发电机的风能利用系数。
其中，风速V可以为：
其中，Vr为气象台测风塔所测风速，h为风力发电机叶轮高度，hr为测风塔高度，γ为切边系数。
可选的，切边系数γ可以取值为1/7。
可选采用电压控制型电力电子装置接口的分布式电源的光伏发电机的最佳工作电流IPV和最佳工作电压VPV可以为：
其中，ISC为光发电机的短路电流，VOC为光伏发电机的开路电压，Imp为光伏发电机最大功率点电流，Vmp为光伏发电及最大功率点电压，Ht为标准光照强度，T为标准温度，TA为环境温度，βo为光伏电池板倾斜角度，Hθ为光伏电池板上的太阳辐射量。
可选的，光伏发电机输出功率PPV可以为：
PPV＝VPVIPV，
其中，IPV为最佳工作电流和VPV为最佳工作电压。
可选的，太阳辐射量Hθ可以为气象台观测数据的平均值或瞬时值。
可选的，标准光照强度可以为1000W/m2，所述标准温度可以为25℃。
本发明实施例提供的分布式电源的潮流计算方法，使用不同接口形式的不同类型分布式电源等效为相应的潮流计算模型，即对等效为PV节点、PQ节点、PI节点和P-Q(V)节点的分布式电源分别使用PV节点模型、PQ节点模型、PI节点模型和P-Q(V)节点模型来进行潮流计算，使潮流计算结果更加准确可靠。
下面对本发明实施例提供的分布式电源的潮流计算装置进行介绍，下文描述的分布式电源的潮流计算装置与上文描述的分布式电源的潮流计算方法可相互对应参照。
图2为本发明实施例提供的分布式电源的潮流计算装置的系统框图，参照图2，该分布式电源的潮流计算装置可以包括：确定模块100、第一处理模块200、第二处理模块300、第三处理模块400、第四处理模块500、第五处理模块600和第六处理模块700；其中，
确定模块100，用于确定分布式电源的接口形式；
第一处理模块200，用于将采用励磁电压恒定同步发电机接口的分布式电源等效为有功功率P和电压V确定的PV节点；
第二处理模块300，用于将采用励磁电压可调同步发电机接口的分布式电源等效为P确定，无功功率Q随V变化而变化的P-Q(V)节点；
第三处理模块400，用于将采用电压控制型电力电子装置接口的分布式电源等效为P和V确定的PV节点；
第四处理模块500，用于将采用电流控制型电力电子装置接的分布式电源口等效为P和电流I确定的PI节点；
第五处理模块600，用于将采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源等效为PQ节点；
第六处理模块700，用于将未采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源等效为P-Q(V)节点。
本发明实施例提供的分布式电源的潮流计算装置，使用不同接口形式的不同类型分布式电源等效为相应的潮流计算模型，即对等效为PV节点、PQ节点、PI节点和P-Q(V)节点的分布式电源分别使用PV节点模型、PQ节点模型、PI节点模型和P-Q(V)节点模型来进行潮流计算，使潮流计算结果更加准确可靠。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种分布式电源的潮流计算方法，其特征在于，包括：
确定分布式电源的接口形式；
将采用励磁电压恒定同步发电机接口的分布式电源等效为有功功率P和电压V确定的PV节点；
将采用励磁电压可调同步发电机接口的分布式电源等效为P确定，无功功率Q随V变化而变化的P-Q(V)节点；
将采用电压控制型电力电子装置接口的分布式电源等效为P和V确定的PV节点；
将采用电流控制型电力电子装置接的分布式电源口等效为P和电流I确定的PI节点；
将采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源等效为PQ节点；
将未采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源等效为P-Q(V)节点。
2.根据权利要求1所述的潮流计算方法，其特征在于，所述P-Q(V)节点中QG和V的关系为：
<mrow>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mi>G</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msup>
<mi>V</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
<msub>
<mi>x</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msup>
<mi>V</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>-</mo>
<msqrt>
<mrow>
<msup>
<mi>V</mi>
<mn>4</mn>
</msup>
<mo>-</mo>
<mn>4</mn>
<msup>
<mi>P</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
<msup>
<mi>x</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
</msqrt>
</mrow>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mi>x</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中，x为定子电抗和转子电抗之和，xm为励磁支路电抗。
3.根据权利要求1所述的潮流计算方法，其特征在于，所述PI节点中QE和I的关系为：
<mrow>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mi>E</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<msqrt>
<mrow>
<msup>
<mi>I</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
<msup>
<mi>V</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
<mo>-</mo>
<msup>
<mi>P</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
</msqrt>
<mo>.</mo>
</mrow>
4.根据权利要求1所述的潮流计算方法，其特征在于，所述未采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源包括：异步风力发电机，
所述异步风力发电机的功率Pm为：
<mrow>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mn>2</mn>
</mfrac>
<msup>
<mi>&rho;AV</mi>
<mn>3</mn>
</msup>
<msub>
<mi>C</mi>
<mi>p</mi>
</msub>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中，ρ为空气密度，单位km/m3；A为风力发电机叶轮垂直于风速的截面积，单位为m2；V为风速，单位为m/s；Cp为发电机的风能利用系数。
5.根据权利要4所述的潮流计算方法，其特征在于，所述风速V为：
<mrow>
<mi>V</mi>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>V</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<mi>h</mi>
<msub>
<mi>h</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mi>&gamma;</mi>
</msup>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中，Vr为气象台测风塔所测风速，h为风力发电机叶轮高度，hr为测风塔高度，γ为切边系数。
6.一种分布式电源的潮流计算装置，其特征在于，包括：确定模块、第一处理模块、第二处理模块、第三处理模块、第四处理模块、第五处理模块和第六处理模块；其中，
所述确定模块，用于确定分布式电源的接口形式；
所述第一处理模块，用于将采用励磁电压恒定同步发电机接口的分布式电源等效为有功功率P和电压V确定的PV节点；
所述第二处理模块，用于将采用励磁电压可调同步发电机接口的分布式电源等效为P确定，无功功率Q随V变化而变化的P-Q(V)节点；
所述第三处理模块，用于将采用电压控制型电力电子装置接口的分布式电源等效为P和V确定的PV节点；
所述第四处理模块，用于将采用电流控制型电力电子装置接的分布式电源口等效为P和电流I确定的PI节点；
所述第五处理模块，用于将采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源等效为PQ节点；
所述第六处理模块，用于将未采用恒功率因素控制异步风力发电机接口的分布式电源等效为P-Q(V)节点。
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