1、配電網(wǎng)低電壓問題的分析和設計綜述一、區(qū)域配電網(wǎng)概率潮流計算1.1配電網(wǎng)潮流計算研究的目的及意義由于我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，電力的供應和需求已遍及到社會生產(chǎn)、人民生活的各個層面，社會對電力的需求量在日益增加。同時，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，電力市場的逐步形成以及電價機制的完善，也對電網(wǎng)的經(jīng)濟性和可靠性提出了更高的要求。在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，大型的發(fā)電廠通常遠離負荷中心，發(fā)電廠輸送的電能，一般要通過高壓或超高壓輸電網(wǎng)絡送到負荷中心，然后在負荷中心由電壓等級較低的網(wǎng)絡把電能分送到不同電壓等級的用戶。這種在電力網(wǎng)中主要起分配電能作用的網(wǎng)絡稱為配電網(wǎng)絡。配電網(wǎng)按所在的地域或服務對象劃分，由城市配

2、電網(wǎng)和農(nóng)村配電網(wǎng)兩部分組成。向一個城市及其郊區(qū)分配和供應電能的電力網(wǎng)叫城市配電網(wǎng)。城市配電網(wǎng)連同為其提供電源的輸電線路及變電所，統(tǒng)稱為城市電力網(wǎng)，簡稱城網(wǎng)。供應縣(縣級市)范圍內(nèi)的農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣城用電的電力網(wǎng)，叫做農(nóng)村配電網(wǎng)，簡稱農(nóng)網(wǎng)。配電網(wǎng)按電壓等級分，有高壓配電網(wǎng)(35-110KV)、中壓配電網(wǎng)(6-10KV)和低壓配電網(wǎng)(220-380V)。城網(wǎng)可分為220KV的配電網(wǎng)，35KV的高壓配電網(wǎng)，10KV中壓配電網(wǎng)和380/220V低壓配電網(wǎng)。城市配電網(wǎng)是城市現(xiàn)代化建設的重要基礎設施之一，是現(xiàn)代化城市必不可少的電能供應系統(tǒng)。其建設的好壞直接影響到城市經(jīng)濟的發(fā)展的快慢、人民生活水平的提高、投資

3、環(huán)境的優(yōu)化等。當前，國家對電力系統(tǒng)改革工作非常重視，在電力工業(yè)中引入競爭機制，并且開展電力市場建設。對配電網(wǎng)問題進行研究，大幅度提高供電質(zhì)量和可靠性，對提高電力公司的經(jīng)濟效益與競爭力、降低電網(wǎng)電能損耗、節(jié)約能源具有重大的現(xiàn)實意義。隨著我國經(jīng)濟的全面發(fā)展，中低壓配電網(wǎng)供電可靠性低、發(fā)展落后的問題日漸突出。城市中低壓配電網(wǎng)在城市電力銷售中占據(jù)了大部分市場，但其發(fā)展滯后，不再適應城市的需求，因此成為客戶抱怨的主要對象。這些問題主要表現(xiàn)為：一是電網(wǎng)停電次數(shù)太多；二是停電時間長；三是報裝時間長；四是電壓不穩(wěn)定。為了解決以上的配電網(wǎng)問題，必然要求及時、準確的配電網(wǎng)潮流分析結(jié)果，當然這就需要更加高效、可靠的

4、潮流計算、分析方法。配電網(wǎng)絡常規(guī)潮流計算的是根據(jù)已知的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及運行條件，求出整個網(wǎng)絡的運行狀態(tài)，其中包括各母線的電壓、網(wǎng)絡中的功率分布及功率損耗等等。潮流計算是電力系統(tǒng)分析中最基本的重要的計算，是電力系統(tǒng)運行、規(guī)劃以及安全性、可靠性分析和優(yōu)化的基礎，也是各種電磁暫態(tài)和機電暫態(tài)分析的基礎和出發(fā)點。隨著系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)日趨復雜和完善，潮流計算作為電力網(wǎng)絡分析的基本計算之一，也在不斷的得到改進和提高。但是，由于確定性潮流計算在反映配電網(wǎng)運行時的波動情況時存在著缺陷,引入了概率潮流計算理論進行配電網(wǎng)潮流分析。目前我國配電網(wǎng)自動化程度不高,量測裝置配置不足,導致概率潮流計算時能獲得的負荷數(shù)據(jù)嚴重不足。針對

5、確定性潮流計算不能對整個配電網(wǎng)做出較為準確和全面的評判以及配電網(wǎng)中測量數(shù)據(jù)不足問題提出了一種基于偽測量數(shù)據(jù)獲取的非全測量信息配電網(wǎng)概率潮流算法,該算法利用配電網(wǎng)中有限的實測量數(shù)據(jù),采用某種負荷分配算法來估算偽測量數(shù)據(jù);并基于各個節(jié)點負荷相互獨立，負荷功率分布呈正態(tài)分布的假設,根據(jù)輻射型配電網(wǎng)的特點,提出了適合輻射型配電網(wǎng)的線性化概率潮流算法,得到了配網(wǎng)各節(jié)點電壓的概率特性。最后通過計算實例驗證了算法的有效性與正確性。1.2非全測量信息配電網(wǎng)概率潮流算法配電網(wǎng)潮流計算的大問題就是測量數(shù)據(jù)不足,它影響潮流計算的精確度,需要解決的問題就是非全測量信息問題。運用概率統(tǒng)計方法處理系統(tǒng)運行中的隨機變化因素

6、,通過給定節(jié)點注入功率、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)的概率特性,可以計算求得所需節(jié)點電壓和支路功率等數(shù)據(jù)的概率特性。在低壓配電網(wǎng)中，我們利用非全測量信息的配網(wǎng)概率潮流計算,是針對配電網(wǎng)測量數(shù)據(jù)不足,采用一種合理的負荷分配法得到負荷數(shù)據(jù)模型:利用已知的實測量來估計偽測量,通過有限節(jié)點的測量數(shù)據(jù),估算出各未知節(jié)點負荷功率的概率特性。非全測量信息概率潮流計算,可以解決配電網(wǎng)測量數(shù)據(jù)不足問題,得到節(jié)點電壓和支路功率等概率特性,可更深刻地揭示系統(tǒng)運行狀況、存在問題與薄弱環(huán)節(jié),為規(guī)劃與運行決策提供更完整的信息。這種計算方法可以顯著提高低壓配電網(wǎng)潮流計算效率。1. 配電網(wǎng)概率潮流算法概率潮流計算包括簡化潮流方程為線性關(guān)系

7、和利用隨機變量間的線性關(guān)系進行卷積計算。概率潮流線性化模型有直流潮流、PQ分解潮流、交流潮流模型。但這些模型都是針對輸電網(wǎng)的,因配電網(wǎng)運行結(jié)構(gòu)與輸電網(wǎng)有很大不同,故配電網(wǎng)概率潮流算法有其自身的特點。輻射型配電網(wǎng)中,線路相鄰兩節(jié)點的等值電路圖見圖1。圖1 線路相鄰兩節(jié)點的等值電路圖從圖 1 得到線路相鄰兩節(jié)點的功率與節(jié)點電壓關(guān)系: Pj j = P j + 1, j + 1 +P j + 1= P j + 1, j + 1 + Rj + 1 ( P2j + 1, j + 1 +Q2j + 1, j + 1 ) / V2j + 1 , Q j j = Qj + 1, j + 1 + Q j + 1

8、 = Qj + 1, j + 1 +X j + 1 ( P2j + 1, j + 1 + Q2j + 1, j + 1 ) / V2j + 1 , ( j = 0, 1, 2, n) 。 其中: P j + 1, j + 1 = P j + 1, j + 1 + Pj + 1 ( Pj + 1 為節(jié)點 j + 1 的負荷有功功率) 。上式是一個非線性方程, 首先要將其線性化。忽略配網(wǎng)損耗占配網(wǎng)總功率的( 1 3) % 網(wǎng)絡損耗P與Q。 故各節(jié)點注入功率都是相互獨立, 數(shù)字特征為:e( P 00 ) = e( P 11 ) + e ( P22 ) + + e( P n n ) ,e( Q00 )

9、 = e( Q11 ) + e( Q 22 ) + + e( Q n n ) , (1)式中: e( x ) 表示 x 隨機變量的數(shù)字特征; P 00 , Q00根節(jié)點( 0 節(jié)點) 總功率。由節(jié)點功率數(shù)字特征得節(jié)點電壓數(shù)字特征。因配網(wǎng)供電半徑小,電壓在配網(wǎng)中各節(jié)點電壓的幅值和相角與根節(jié)點相差很小。在計算配網(wǎng)中電壓降時,可用額定電壓幅值作為各節(jié)點電壓幅值,且忽略電壓降的虛部。圖1的節(jié)點電壓降如式(2)。經(jīng)過簡化,電壓降與節(jié)點功率也變成線性關(guān)系。V j + 1 = ( Pj j R j + 1+ Q j j X j + 1) / V j + j ( P j j X j + 1- Q j j R

10、j + 1 ) / V j =( Pj j R j + 1+ Qj j X j + 1) / V 0 , ( j = 0, 1 , 2 ,n) 。 (2)當已知節(jié)點負荷功率的數(shù)字特征時, 可得到電壓降的數(shù)字特征。如式( 3) :e(V j )( e ( Pj j ) Rj + 1 + e( Qj j ) X j + 1 ) / V N , (3)故相鄰兩節(jié)點電壓的數(shù)字特征為:e( V j + 1 )= e( V j ) - e(V j + 1 ) 。 (4)假設在實際運行中,根節(jié)點(0節(jié)點)的電壓是恒定不便的,即數(shù)學期望為恒定值,方差為0。當已知根節(jié)點功率的概率特性時,從根節(jié)點往末梢節(jié)點推算,

11、由(1)(4)式可處出各節(jié)點電壓的概率特性。2.非全測量信息中偽測量的估計配網(wǎng)中安裝有自動測量功率表計的負荷節(jié)點,叫實測點,無實測功率值,估算得到數(shù)據(jù)的點,叫偽測點。采用偽測量估計,相對于利用全面的負荷監(jiān)控系統(tǒng)得到測量數(shù)據(jù)的潮流計算,誤差較大。曾采用一種粗糙的實時負荷數(shù)據(jù)模型,將變電站出線實時功率量測按饋線上的變壓器額定容量成比例地分配到饋線上各負荷節(jié)點,作為負荷偽測量。實際上配變負荷并非與配變的額定容量成嚴格的比例,與實際負荷有較大的誤差。文獻采用了一種改進算法,利用用戶的用電信息,將各節(jié)點負荷分類,對每類負荷統(tǒng)計用電信息預測每類負荷的當前日均用電需求量,且統(tǒng)計每類負荷的日變化曲線,得反映負

12、荷日變化的分類負荷曲線,將二者結(jié)合作為負荷分配的依據(jù)。但因一個配網(wǎng)上的負荷極其眾多,且很高是人工抄表,整理抄表數(shù)據(jù)工作量大,故本文采用簡化方法,利用配變?nèi)萘糠峙?考慮各配變負荷率的不同,其他實測點及網(wǎng)絡有功損耗。該分配方案,能得到較為合理的極限潮流,在應用于配網(wǎng)規(guī)劃時,能達到較高的可靠度。如下式:其中:P0:根節(jié)點有功測量值;Pm:實測點節(jié)點m的有功測量值;Pjj:偽測點節(jié)點i的負荷有功估計值(屬第j類負荷,j=1,2,3,4;i=1,2,3,n-M);PLoss:所在配網(wǎng)的有功損耗,取一個估計值,約為總功率的(13)%;Tji:節(jié)點i配變額定容量(屬于第j類負荷);Kcj:第j類負荷變壓器的

13、負荷率。民用負荷,Kc1取0.26;城市公用負荷,Kc2取0.32;企業(yè)負荷,二班制Kc3取0.55,三班制Kc4取0.89;M:根節(jié)點除外的其它實測點的個數(shù);N:偽測點配變總臺數(shù)。各偽測點的有功率估算出來以后,再根據(jù)負荷各自的功率因數(shù)(cos),估算它們的無功功率。根據(jù)全國供用電規(guī)則,負荷類型的不同,取不同的(cos)。負荷節(jié)點的測量值,通過離散隨機變量分布來模擬。在長期的配網(wǎng)運行實踐中,可歸納出負荷功率的概率特征,近似符合正態(tài)分布。故只需求各隨機變量的均值和方差。3.算例湖北襄樊市樊廣二回線(部分),如圖所示,箭頭下方表示的是負荷變壓器的額定容量(kVA)。只有節(jié)點0與節(jié)點11有測量值,配

14、網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)如附錄所示。2003.3-10測得的數(shù)據(jù)為例,有功功率5min測一個值,一天288個測量值。利用負荷分配算法,得到每個采用時刻各為測點負荷有功功率值,得到各偽測點的期望值與方差。根據(jù)各節(jié)點功率的概率特性及根節(jié)點電壓,算出各節(jié)點電壓的期望值與方差(取SB=100MVA,VB=10kV,節(jié)點0電壓為恒定值10.5kV)。 樊廣二回線(部分)接線末梢節(jié)點8在滿足配網(wǎng)電壓要求的范圍內(nèi)的概率是84.13%,節(jié)點11滿足要求的概率是74.16%。從本算例結(jié)果可以看見, 相對與確定性潮流只能給出某個特定條件下的配網(wǎng)潮流, 概率潮流能更為清晰地描述配電網(wǎng)的運行狀況, 具有明顯的優(yōu)越性。1.3結(jié)論隨機

15、潮流計算運用了概率統(tǒng)計法處理各種隨機變化因素,給出系統(tǒng)各節(jié)點電壓、支路潮流的概率分布情況,可更深刻地揭示運行狀況、存在問題與薄弱環(huán)節(jié),能為規(guī)劃與運行決策提供更全面完整的信息,應用于配電網(wǎng)的安全指標、配電網(wǎng)絡重構(gòu)、配網(wǎng)電壓與無功控制、配電網(wǎng)絡靜態(tài)安全分析等許多方面。本章節(jié)提出的非全測量信息配電網(wǎng)的概率潮流算法,經(jīng)過在實際配網(wǎng)中的應用驗證切實可行的。這種潮流算法也為低電壓問題的分析和解決提供了重要的數(shù)據(jù)支持。二、區(qū)域配電網(wǎng)低電壓分布概率計算可以看到，配電網(wǎng)低電壓的發(fā)生對系統(tǒng)以及用戶造成的危害是較大的，如果我們能較為準確的預測配電網(wǎng)低電壓發(fā)生的概率的話，就能提早的做出反應，采取措施限制配電網(wǎng)低電壓的

16、發(fā)生。在這里我們引入一個概念：配電網(wǎng)低電壓脆弱性綜合指標。脆弱程度越高，越容易發(fā)生低電壓故障，相反，脆弱程度越低，電網(wǎng)可靠性越強，發(fā)生低電壓故障的概率就越小。2.1孤立母線低電壓風險分析基于風險理論的孤立母線低電壓脆弱性評估風險理論在充分考慮系統(tǒng)中隨機因素的基礎上，將導致災害風險發(fā)生的可能性與災害發(fā)生后的嚴重度相結(jié)合，對災害風險進行評估。通常風險的定義為“反映導致災害的可能性和這種災害的嚴重程度”，因此事故發(fā)生的可能性與事故后果的嚴重性是風險的2個重要因素。據(jù)此可得風險指標為式中：C為隨機事故造成的后果；Xt為故障前運行狀態(tài)；i為正常運行元件集合；E為隨機事故；P(E/Xt)為Xt下隨機事故E

17、的概率；S(C/E)為隨機事故E導致的嚴重度。用定量風險指標衡量母線節(jié)點的脆弱性，風險值大，則對應的母線節(jié)點較脆弱；反之，則較堅強。風險是安全性和經(jīng)濟性、局部和整體、時間點和時間段之間的橋梁。計算風險指標需計算事故可能性和嚴重度這2個參數(shù)。電網(wǎng)的事故主要有短路和斷線。由統(tǒng)計數(shù)據(jù)和參考文獻可得電網(wǎng)事故的概率基本服從泊松分布，發(fā)生k次E事故的概率為式中為一定時間段發(fā)生事故次數(shù)的數(shù)學期望。在不考慮過電壓的影響下，可設母線電壓大于電壓額定值時的低電壓嚴重度為0。根據(jù)行業(yè)規(guī)定的電壓畸變率，一般認為，在系統(tǒng)電壓等于0.95 pu時，可定義低電壓的嚴重度為1，而小于0.95 pu時嚴重度大于1。電網(wǎng)事故的嚴

18、重性還與電網(wǎng)初始狀態(tài)、運行條件、運行狀況等有關(guān)。根據(jù)經(jīng)驗及資料，本文定義了母線低電壓的嚴重度函數(shù)S，如圖1所示：風險評估法能定量抓住事故的可能性和嚴重性，溝通了經(jīng)濟性與安全性之間的關(guān)系，克服了確定性分析法和概率性分析法的不足。孤立母線低電壓風險指標定量表達式為式中：SV(C/E)為事故導致某條母線的低電壓嚴重度；RV(C/Xt)為某事故下某條母線的低電壓風險值。低電壓風險指標計算流程風險指標計算過程中，首先設定預想故障集，計算預想故障集中每個事故發(fā)生的概率，接著計算每個故障后電網(wǎng)的潮流分布情況，潮流結(jié)果中節(jié)點電壓小于0.95 pu，則認為其存在低電壓風險，計算節(jié)點電壓低于0.95 pu的母線低

19、電壓風險指標。計算流程見圖2。2.2母線間脆弱性相互影響關(guān)系的定量計算評價算法層次分析法通過建立層次結(jié)構(gòu)處理多指標問題，其合理地將定性與定量決策結(jié)合起來，按照思維、心理的規(guī)律將決策過程層次化、數(shù)量化。模糊綜合評價是對受多種因素影響的事物做出全面評價的一種十分有效的多因素決策方法，其特點是評價結(jié)果不是絕對地肯定或否定，而是以一個模糊集合來表示。本文將層次分析法和模糊綜合評價法相結(jié)合來評判母線間脆弱性影響?；谀妇€低電壓脆弱性相互影響的指標選取要定量確定母線間低電壓脆弱性相互影響的大小，需找到一系列能精確反映母線間低電壓脆弱性的影響指標，在指標的選取過程中要遵循科學性、實用性、廣泛性、預見性等原則

20、。在以上原則的指導下，根據(jù)現(xiàn)場運行人員的經(jīng)驗總結(jié)，選取了正常運行指標和非正常運行指標2類。正常運行指標集合為U1=u11,u12,u13,u14=負荷水平指標，負荷上升速率指標，電壓最大越下限指標，系統(tǒng)最大電壓落差指標。 正常運行時如果負荷增加過快或過多會使電壓急劇降低。如果電壓超過最大下限還沒有采取措施會使電壓崩潰。電網(wǎng)無功對電壓穩(wěn)定起主導作用，如果無功規(guī)劃不合理，會導致較大的電壓落差，該情況下如果出現(xiàn)擾動則會導致電壓崩潰。非正常運行指標集合為U2=u21,u22,u23=開斷瞬間突變電壓指標，開斷后出現(xiàn)的總體無功不平衡量指標，開斷后出現(xiàn)的最大區(qū)域無功不平衡量指標。配電網(wǎng)故障時可計算得到故障

21、區(qū)域內(nèi)的最低電壓值，該值對低電壓脆弱性評估具有重要意義。故障后如果系統(tǒng)無功不平衡量缺乏嚴重，會對電壓穩(wěn)定造成嚴重影響。區(qū)域無功不平衡能比較敏感地反映電網(wǎng)電壓的薄弱環(huán)節(jié)，為此該指標對母線脆弱性相互影響的意義重大。模糊層次分析法相結(jié)合求母線脆弱性相互影響系數(shù)配電網(wǎng)母線互相影響的低電壓指標體系見圖3。本文評語集合V=v1,v2,v3，v1為重度影響，v2為輕度影響，v3為無影響。確定各評價因素集合uij 對評語集V的關(guān)系矩陣Ri=(rij)mn，本文的各決策因素可組成以下模糊決策矩陣式中rij 為評價因素ui對評價等級vj的隸屬關(guān)系。已知母線重要程度的評價指標集合為U，記為U=U1,U2,Un，集合

22、U中按各個指標Ui對設備重要性的影響程度不同賦予不同權(quán)重，形成評價指標的權(quán)重集合A，A為U上的模糊子集。由現(xiàn)場工作人員確定出一條母線的脆弱性對其相關(guān)母線脆弱性的影響程度，在此基礎上定義各個評價指標對各個評語的隸屬度R。第i 個指標對各評語等級的隸屬度是評語集的模糊子集。多指標評價時，綜合評價矩陣R為考慮評價指標的權(quán)重后，可得出運行人員對各條母線的評價矩陣B。式中：為合成運算符號；Bj為某運行人員將該母線脆弱性對另一母線脆弱性影響程度評為j 級的隸屬度。按最大隸屬度原則，若則該母線的脆弱性對另一母線脆弱性的影響程度被評為級，本文中將評語集合分為3級，B=B1,B2,B3，B1為重度影響，B2為輕

23、度影響，B3為無影響。一母線對另一母線的脆弱影響系數(shù)可用矩陣B中的最大值所對應的系數(shù)B來表示。2.3配電網(wǎng)低電壓脆弱性綜合指標由上文分析可知，配電網(wǎng)第i 條母線的綜合脆弱性值為 式中：Ri為第i條母線風險評估所得到的脆弱性值；Rn為第n條母線風險評估所得到的脆弱性值；wni為第n條母線脆弱性對第i 條母線脆弱性的影響程度，為第n條母線對應矩陣B中的最大值。對所有母線進行計算即可得到母線低電壓脆弱度排序。設定故障率單位時間為1 a，每次考慮單一線路的故障，不考慮2條及以上線路同時故障的情況，即求取1 a內(nèi)每條線路發(fā)生1次故障的概率。根據(jù)風險評估流程計算孤立母線低電壓風險值，然后計算考慮母線脆弱性

24、相互影響的影響系數(shù)，最后根據(jù)式(9)得出綜合風險指標值。 2.4結(jié)論本算法與傳統(tǒng)算法得到的結(jié)果相比高風險母線增多，且對其他母線的低電壓風險值也預測更準確；此外，本文算法將脆弱性指標值放大，更利于運行人員區(qū)分對待，重點實施安全監(jiān)控。因此，本文方法能夠更準確地預測母線低電壓脆弱程度，調(diào)度人員可以提早采取有效的措施保證配電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行，從而減少電網(wǎng)停電事故的發(fā)生。三、影響配電網(wǎng)節(jié)點電壓質(zhì)量因素分析電壓是電能質(zhì)量的重要指標之一。電壓合格率是評價電網(wǎng)電壓質(zhì)量、生產(chǎn)調(diào)度管理工作、制訂電網(wǎng)規(guī)劃和技術(shù)改造計劃的重要依據(jù)，也是考核系統(tǒng)運行管理水平的重要指標之一。為更好的理解電壓質(zhì)量這一概念,我們可以用一些具

25、體的指標來衡量,具體如諧波、閃變和三相不平衡度。低壓質(zhì)量的衡量目前還沒有一個較為明確的標準,但IEC標準中對電壓質(zhì)量有著較為準確和常規(guī)的定義:“電壓質(zhì)量是指供電的設備在正常工作的情況下不中斷和不干擾用戶使用電力的物理特性”,因此可以顯而易見的認識到,最嚴重的電壓質(zhì)量問題就是電壓完全中斷。也有一些文獻中從反面給出了比較直觀的不合格電能質(zhì)量定義:“導致用戶設備故障或不能正常工作的電流、電壓或頻率偏差”。針對于這些不同的提法,IEEE第22標準統(tǒng)籌委員會(電能質(zhì)量)和其他國際委員會推薦用以下的一些具體指標作為衡量電壓質(zhì)量的標準:斷電、電壓凹陷、電壓凸起、瞬時脈沖、過電壓、欠電壓、諧波、間諧波、電壓切

26、痕、三相不平衡度。配電網(wǎng)出現(xiàn)低壓問題時會對系統(tǒng)造成損害，如：（1）當電壓下降到額定電壓的65%70%時，無功靜態(tài)穩(wěn)定破壞，將發(fā)生電壓崩潰，造成大面積停電事故。（2）發(fā)電機因運行電壓降低而減少它的有功功率及無功功率的輸出，由于發(fā)電機的定子電流與轉(zhuǎn)子電流受到額定值限制，因此發(fā)電機的有功出力及無功出力近似與運行電壓成正比關(guān)系。（3）送變電設備因電壓降低而減少它的輸送能力，同樣其額定電流受輸電線截面、變壓器線圈容量的限制；因此它的傳輸能力亦近似與運行電壓成正比，而且往往低電壓時，更需多送無功功率，這樣就造成輸送有功功率的能力更小。例如，一臺1000kVA變壓器，額定電壓運行時，功率因數(shù)為0.9，滿送；

27、當電壓下降20%以后，功率因數(shù)只有0.7；在額定電壓時，輸送有功功率為900kW，當電壓下降20%以后，它的有功輸送能力只有560kW,降低了340kW的出力，其傳輸能力只有原來的62%。（4）送變電設備因運行電壓降低而增加能耗。例如電壓下降20%，能耗增加44%；再加上多送無功功率，功率因數(shù)從0.9下降到0.7，能損增加為0.77：兩者相加為1.21，能耗增加了121%。（5）當電壓下降過多時，將燒毀用戶電動機。由于電壓降低20%時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩將減少36%，電流將增加20%35%，溫度上升1215度，此時一部分電動機被燒毀；而大部分電動機則拖不動負載而停車；停車后不能起動，其中有些己損

28、壞，經(jīng)濟損失慘重。（6）電源電壓下降，引起電燈功率下降，光通量減小和照度降低。例如電壓降低10%時，白熾燈的照度減少35%；日光燈照度減少10%，而且壽命降低；水銀燈的照度減少20%。如電壓下降20%，日光燈不能起動，電視機屏幕圖像也看不清楚了。3.1頻率偏移頻率偏移是電力系統(tǒng)基波頻率偏離額定頻率的程度，大容量負荷或發(fā)電機的投切以及控制設備不完善都有可能導致頻率偏移。我國電力法規(guī)規(guī)定，大容量電力系統(tǒng)的頻率偏移不得超過0.2Hz。系統(tǒng)頻率的過大變動對用戶和發(fā)電廠的不利影響主要有如下幾個方面：（1）頻率變化引起異步電動機轉(zhuǎn)速變化，導致紡織、造紙等機械的產(chǎn)品質(zhì)量受到影響；（2）功率降低，導致傳動機械

29、效率降低；（3）系統(tǒng)頻率降低引起異步電機和變壓器激磁電流增加，所消耗的無功功率增加，惡化了電力系統(tǒng)的電壓水平；（4）頻率的變化還可能引起系統(tǒng)中濾波器的失諧和電容器組發(fā)出的無功功率變化。3.2電壓偏差電壓偏差是指系統(tǒng)各處的電壓偏離其額定值的百分比，它是由于電網(wǎng)中用戶負荷的變化或電力系統(tǒng)運行方式的改變，使加到用電設備的電壓偏離網(wǎng)絡的額定電壓。若偏差較大時，對用戶的危害很大，不僅影響用電設備的安全、經(jīng)濟運行，而且影響生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量。對于配電網(wǎng)最廣泛應用的電動機，當電壓低于額定電壓時，轉(zhuǎn)距減小，轉(zhuǎn)速下降，導致工廠產(chǎn)生次品、廢品；電流增加，電機溫升增加，線圈發(fā)熱，加劇絕緣老化，甚至燒壞。當電壓高于

30、額定電壓時，轉(zhuǎn)矩增加，使聯(lián)接軸和從動設備上的加速力增加，引起設備的振動、損壞；起動電流增加、在供電線路上產(chǎn)生較大的電壓降，影響其它電氣設備的運行。對于發(fā)電機而言，電壓偏差會引起無功電流的增大，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子的去磁效應增加，電壓降低，過度增大激磁電流使轉(zhuǎn)子繞組的溫升超過容許范圍，加速絕緣老化，降低電機壽命，甚至燒壞。對照明燈具，電壓對燈的光通量輸出和壽命的影響很大，當加于燈泡的電壓低于額定電壓時，發(fā)光效率會降低，人的工作環(huán)境惡化，視力減弱；當高于額定電壓時，燈泡壽命會減少、燒壞。3.3波形失真波形失真即理想工頻正弦波的穩(wěn)態(tài)偏移，常用其頻譜含量來描述，波形失真主要包括直流偏移高次諧波、間諧波、陷波和

31、噪聲。交流電網(wǎng)中如果存在直流成分，則稱為直流偏移。直流偏移是由于地磁波產(chǎn)生的電磁干擾和電網(wǎng)中半整流設備的存在，直流電流流過變壓器會引起變壓器的直流偏磁，產(chǎn)生附加損耗；直流電流還會導致接地體或其它連接器的電化學腐蝕，陷波是由于換流器換相而產(chǎn)生的周期性電壓干擾，盡管可以利用傅里葉變換將陷波分解成一系列諧波，但一般將陷波單獨處理。因為其諧波次數(shù)較高且幅值不大，用諧波測量設備很難表征。噪聲是指疊加在每相電壓或電流、中性線或信號線上的，頻率超過200Hz的電氣信號。電力電子設備、電弧裝置和電器設備的投切都會產(chǎn)生電磁噪聲，噪聲會影響微機和PLC的正常工作。諧波是供電系統(tǒng)基波頻率整數(shù)倍頻率的正弦電壓或電流，

32、由于供電系統(tǒng)中大量采用非線性電氣設備，例如可硅控整流裝置，電弧設備、電氣化機車、變壓器等都是高次諧波的電流源，它們接入電網(wǎng)后，將使系統(tǒng)母線電壓畸變。高次諧波會使發(fā)電機端電壓波形產(chǎn)生畸變，從而降低供電電壓質(zhì)量。諧波會引起供電線路損耗增加，損壞電氣設備、降低供電可靠性，還會干擾和破壞控制、測量、保護、通訊和家用電器的正常工作，諧波還加快旋轉(zhuǎn)電機、變壓器、電容器、電纜等電氣元件中絕緣介質(zhì)的電離過程，使其發(fā)熱絕緣老化，壽命降低。3.4電壓波動與閃變電壓波動是指電壓快速變動時其電壓最大值和最小值之差相對于額定電壓的百分比，即電壓均方根值一系列的變動或連續(xù)的改變。閃變即燈光照度不穩(wěn)定造成的視感，是由波動負

33、荷，如煉鋼電弧爐、軋機、電弧焊機等引起的，對于起動電流大的鼠籠型感應電動機和異步起動的同步電機也會引起供電母線的快速、短時的電壓波動。因為它們起動或電網(wǎng)恢復電壓時的自起動電流，流經(jīng)網(wǎng)絡及變壓器，會使各元件產(chǎn)生附加的電壓損失。急劇的電壓波動會引起同步電動機的振動，影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量，造成電子設備、測量儀器儀表無法準確、正常地工作。電壓閃變超過限度值使照明負荷無法正常工作，損害工作人員身體健康。3.5電壓暫降與電壓中斷電壓暫降是因為電力系統(tǒng)故障或干擾造成用戶電壓短時間（10ms1min）內(nèi)下降到90%的額定值以下，然后又恢復到正常水平，電壓暫降后有一定的殘壓，電壓中斷是由于系統(tǒng)故障跳閘后造成用戶

34、電壓完全喪失。雷擊時造成的絕緣子閃絡或?qū)Φ胤烹姟⒓芸盏妮斉潆娋€路的瞬時故障、大型異步電動機全電壓啟動等情況都會引起不同程度的電壓暫降和電壓中斷。電壓暫降與中斷會造成用戶生產(chǎn)停頓或次品率增加，會造成計算機數(shù)據(jù)丟失，造成欠壓繼電器誤動。交流接觸器和中間繼電器不能正常工作等不良影響。3.6電磁暫態(tài)電磁暫態(tài)是指電力系統(tǒng)從一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡至另一個穩(wěn)定狀態(tài)時，電壓或電流數(shù)值的暫時性變化，產(chǎn)生電磁暫態(tài)的主要原因有雷電波沖擊和電力系統(tǒng)故障等。電磁暫態(tài)可分為沖擊暫態(tài)和振蕩暫態(tài)兩類。沖擊暫態(tài)的定義：電壓或電流在穩(wěn)態(tài)下的突然的非工頻變化，變化是單方向的，常用其上升和延遲時間來描述，主要原因是閃電。沖擊暫態(tài)常常使設備

35、因過電壓而損壞，還有可能激發(fā)電力系統(tǒng)的固有振蕩而導致振蕩暫態(tài)。振蕩暫態(tài)的定義：電壓或電流在穩(wěn)態(tài)下的突然的非工頻變化，其變化是雙向的，常用頻譜成分（主導頻率）、持續(xù)時間和幅值進行描述。根據(jù)其頻譜范圍，振蕩暫態(tài)可分為高頻、中頻和低頻三種。高頻振蕩暫態(tài)的主導頻率一般在0.55MHz之間，持續(xù)時間為幾個s，它往往是由于當?shù)貨_擊暫態(tài)所引起。中頻振蕩暫態(tài)的主導頻率和在5500KHz之間，持續(xù)時間為幾十個ms，背靠背電容器的充電會產(chǎn)生主導頻率為幾十KHz的振蕩暫態(tài)，電纜的投切也會產(chǎn)生同樣頻率范圍內(nèi)的振蕩暫態(tài)，沖擊暫態(tài)也會引起中頻振蕩暫態(tài)。主導頻率低于5KHz，持續(xù)時間在0.350ms之間的暫態(tài)稱為低頻振蕩暫

36、態(tài)，低頻振蕩暫態(tài)在輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)中經(jīng)常遇到，電容器組的充電會產(chǎn)生主導頻率在300900Hz之間、峰值約為2.0p.u.的低頻振蕩暫態(tài)，配電網(wǎng)中存在的主導頻率低于300Hz的低頻振蕩暫態(tài)，主要同配電網(wǎng)中的鐵磁諧振現(xiàn)象和變壓器充電產(chǎn)生的勵磁涌流有關(guān)。3.7三相不平衡三相不平衡是由不平衡的相阻抗、不平衡的負荷或兩者的組合引起的。由于導線分布的不對稱，典型的非線性負載，如鐵道電力機車、煉鋼電弧爐都會產(chǎn)生嚴重的負序分量。負序和零序分量的存在會對電力設備的運行產(chǎn)生下列影響：（1）凸極式同步電機對負序分量存在很強的諧波變換效應，三相不平衡會導致同步電機產(chǎn)生電力諧波，污染電力系統(tǒng)的運行環(huán)境；（2）負序電流

37、流入同步電機或異步電機，會使電機因產(chǎn)生附加損耗而過熱，產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩而降低使用效率；（3）對直流輸電的換流器來說，三相不對稱不僅會增加控制的困難，還會導致非特征諧波的產(chǎn)生；（4）零序電流的存在會對鄰近的通信線路產(chǎn)生很強的干擾。3.8變頻調(diào)整裝置大功率晶閘管交流調(diào)整裝置由于技術(shù)經(jīng)濟上的優(yōu)勢，正在取代傳統(tǒng)的直流調(diào)速裝置。交流調(diào)速分為兩大類，即交-直-交變頻器和交-交變頻器，交-直-交變頻器由整流器、中間濾波環(huán)節(jié)及逆變器三部分組成。整流器為晶閘管三相橋式電路，它的作用是將交流電變換為可調(diào)直流電。逆變器也是晶閘管三相橋式電路，它的作用是將直流電變換調(diào)制為可調(diào)頻率的交流電。中間濾波環(huán)節(jié)由電容器或電抗器組成

38、，它的作用是對整流為直流后的電壓或電流進行濾波，交-交變頻器實質(zhì)上是一套橋式無環(huán)流反并聯(lián)的可逆整流裝置。裝置中工作晶閘管的關(guān)斷通過電源交流電壓的自然換相實現(xiàn)，輸出電壓波形和觸發(fā)裝置的控制信號波形是一樣的，從而實現(xiàn)變頻。3.9同步串級調(diào)速裝置低同步串級調(diào)速主要用于繞線式異步電動機，取代傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子回路中串電阻的調(diào)速方法，它是在轉(zhuǎn)子回路中加一整流器，把轉(zhuǎn)差功率變?yōu)橹绷鞴β?，再用逆變器將其反饋電網(wǎng)，改變轉(zhuǎn)差功率，即可實現(xiàn)調(diào)速。這種調(diào)速方式效率比較高、損耗小、調(diào)速范圍寬、性能好，但會在逆變器和定子回路中產(chǎn)生諧波電流。3.10感應電動機感應電動機的定子和轉(zhuǎn)子中的線槽會由于鐵芯飽和而產(chǎn)生不規(guī)則的磁化電流，從

39、而在低壓電網(wǎng)中產(chǎn)生間諧波。在電機正常轉(zhuǎn)速下，其干擾頻率在5002000Hz范圍內(nèi)，但電機起動時干擾頻率范圍更寬，這種電動機當裝載較長，低壓架空線末端時會使電網(wǎng)受到干擾，間諧波電壓可以達到1%，這么高的電壓易引起脈動控制接收機的異常。3.11間諧波及其抑制間諧波的頻率不是工頻頻率的整數(shù)倍，間諧波是指非整數(shù)倍基波頻率的諧波，這類諧波可以是離散頻譜或連續(xù)頻譜。但其危害等同于整數(shù)次諧波電壓，其抑制與消除卻比整數(shù)次諧波困難得多，間諧波電壓是由較大的波動或沖擊性非線性負荷引起的。間諧波電壓必須限制到足夠低的水平：（1）25Hz以下間諧波應限制到0.2%以下，以免引起燈光閃爍（閃變）；（2）對于音頻脈沖控制

40、的接收機，間諧波電壓應限制到0.5%以下，否則會被干擾；（3）2.5KHz以下的間諧波電壓應不超0.5%，否則會干擾電視機，且引起感應式電動機噪聲和振動，以及低頻繼電器的異常運行。（4）2.55KHz的間諧波電壓如超過0.3%，則會引起無線電收音機或其它音頻設備的噪聲；（5）當有非線性負載時，頻率為f的間諧波會產(chǎn)生頻率旁頻帶成分，這些旁頻的幅值可能和間諧波的幅值十分接近，則對于閃變頻帶的幅值而言相當于擴展到基波的4倍，對于音頻控制頻率的幅值而言也擴展到同樣倍數(shù)，因此間諧波的影響將大為擴大。所有非線性的波動負荷（電弧爐、電焊機、晶閘管供電的軋機等等），各種變頻調(diào)速裝置，同步串級調(diào)速裝置以及感應電

41、動機等均為間諧波源，因此間諧波廣泛存在于電力系統(tǒng)中。電力系統(tǒng)中的間諧波電壓會引起燈光閃爍，使音頻脈沖控制的接收機、電視機、無線電收音機產(chǎn)生噪聲和振動；引起低頻繼電器的異常運行以及無源電力濾波器過流跳閘等問題。因此間諧波電壓應制定相關(guān)國家標準，將其限制在足夠低的水平（一般為0.2%以下）。供配電系統(tǒng)中電壓偏移、電壓的波動與閃變、高次諧波與間諧波、電壓暫降與中斷、電磁暫態(tài)、波形失真等均是影響供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要因素，其具體的參數(shù)是衡量供配電系統(tǒng)電壓質(zhì)量的指標，在實際系統(tǒng)運行中，必須結(jié)合相關(guān)的國家標準規(guī)定的限值，采取切實可行而又經(jīng)濟合理的補償抑制措施，以消除這些“污染”或“公害”，提高其電能質(zhì)量，

42、確保系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟運行。四、配電網(wǎng)低電壓問題治理方案設計 通過已知數(shù)據(jù)對區(qū)域配電網(wǎng)進行概率潮流計算和低電壓分布概率的分析，我們可以較為準確的估計配電網(wǎng)低電壓脆弱性，從而根據(jù)相應故障的發(fā)生概率制定相應的治理方案，這是從預防的方面限制配電網(wǎng)低電壓問題的發(fā)生。而從第三章影響電壓質(zhì)量的因素著手我們可以設定不同的治理方案來應對。治理方案可以分為三部分：影響個體治理方案、影響局部治理方案和影響整體治理方案。4.1 個體治理方案 個體治理方案指的是從電網(wǎng)末端或者是用戶側(cè)施加管理措施和管理方案，這種治理方案可以對個體配電網(wǎng)低電壓進行規(guī)范化治理。個體治理方案有兩種：一是利用分布式電源；二是利用無功補償裝

43、置。其中，有代表性的就是利用分布式電源治理方案，這也作為我們個體治理方案的重點進行研究。4.1.1 分布式電源的使用以及經(jīng)濟性分析尤其在配電網(wǎng)中，多數(shù)工業(yè)、商業(yè)用戶和城市居民負荷具有很大的隨機波動性，各種不確定因素所引起的負荷變化給配電網(wǎng)的規(guī)劃設計和運行帶來了巨大的難度和挑戰(zhàn)。另一方面，隨著用戶對供電質(zhì)量和安全可靠性要求的提高。配電網(wǎng)的供電質(zhì)量問題也嚴重影響著重要用戶供電安全。為解決這些問題而大力改造和新建配電網(wǎng)絡在技術(shù)、資金和效益上都存在相當?shù)碾y度。因此在歐洲等發(fā)達國家，不僅有大容量分布式發(fā)電并入次輸電網(wǎng)絡，而且中小容量分布式發(fā)電也開始大量滲透入低壓配電網(wǎng)。分布式能源可使用天然氣、煤層氣等燃

44、料，也可以利用沼氣、焦爐煤氣等廢氣資源，甚至可利用風能、太陽能、水能等可再生資源。由于目前分布式能源項目多建在城市，故大部分分布式能源的燃料多為天然氣或是柴油。4.1.1.1 使用分布式電源的重要意義國外發(fā)達國家為推動分布式電源并網(wǎng)，其研究集中在對系統(tǒng)的影響，包括大容量分布式發(fā)電并入次輸電網(wǎng)絡對大系統(tǒng)運行、同步、穩(wěn)定等方面的沖擊和影響，中小容量并入低壓配電網(wǎng)對繼電保護影響等方面，并取得了積極的結(jié)論和對策，極大推動了分布式發(fā)電在這些國家的全面推廣。但是分布式發(fā)電對低壓配電網(wǎng)用戶供電質(zhì)量的影響一直受到忽視，而提供給用戶優(yōu)質(zhì)的電能是電力系統(tǒng)的最終目的，因此分布式電源對用戶供電質(zhì)量的影響及如何通過分布

45、式電源改善用戶供電質(zhì)量同樣是推動分布式發(fā)電發(fā)展的重要研究方向和關(guān)鍵課題。(1)經(jīng)濟性由于分布式能源可用發(fā)電的余熱來制熱、制冷，因此能源得以合理的梯 級利用，從而可提高能源的利用效率(達70%.90%)。由于分布式電源的并網(wǎng)，減 少或緩建了大型發(fā)電廠和高壓輸電網(wǎng)，緩建了電網(wǎng)而節(jié)約投資。同時，使得輸配電網(wǎng)的潮流減少，相應的降低了網(wǎng)損。(2)環(huán)保性因其采用天然氣做燃料或以氫氣、太陽能、風能為能源，故可減 少有害物的排放總量，減輕環(huán)保的壓力：大量的就近供電減少了大容量遠距離高 電壓輸電線的建設，由此不但減少了高壓輸電線的電磁污染，也減少了高壓輸電 線的征地面積和線路走廊，減少了對線路下樹本的砍伐，有利

46、于環(huán)保。(3)能源利用的多樣性分布式發(fā)電可利用多種能源，如清潔能源(天然氣)、 新能源(氫)和可再生能源(風能和太陽能等)，并同時為用戶提供冷、熱、電等多種能源應用方式，因此是解決能源危機、提高能源利用效率和能源安全問題的一種很好的途徑。(4)調(diào)峰作用夏季和冬季往往是負荷的高峰時期，此時如采用以天然氣為燃 料的燃氣輪機等冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)，不但可解決冬夏季的供冷與冬季的供熱需要，同時也提供了一部分電力，由此可對電網(wǎng)起到削峰填谷作用。此外，也部 分解決了天然氣供應時的峰谷差過大問題，發(fā)揮了天然氣與電力的互補作用。(5)安全性和可靠性當大電網(wǎng)出現(xiàn)大面積停電事故時，具有特殊設計的分布 式發(fā)電系統(tǒng)仍

47、能保持正常運行，由此可提高供電的安全性和可靠性。(6)電力市場問題分布式發(fā)電可以適應電力市場發(fā)展的需要、由多家集資辦 電，發(fā)揮電力建設市場、電力供應市場的競爭機制。(7)投資風險投資風險分布式發(fā)電的裝機容量一般較小，建設周期短，因此可避免類 似大型發(fā)電站建設周期帶來的投資風險。(8)邊遠地區(qū)的供電問題我國許多邊遠及農(nóng)村地區(qū)遠離大電網(wǎng)，因此難以從 大電網(wǎng)向其供電。采用太陽能光伏發(fā)電、風力發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電的獨立發(fā)電系 統(tǒng)不失為一種優(yōu)選的方法。 分布式電源對配電網(wǎng)的影響分布式電源的出現(xiàn)，對傳統(tǒng)的輻射狀的配電網(wǎng)提出了很大的挑戰(zhàn)，它將給配電網(wǎng)帶來一系列的問題，包括：規(guī)劃、潮流、控制、電能質(zhì)量、可靠性、

48、網(wǎng)損、保護及自動化等。分布式電源不同，其與電網(wǎng)接入方式的不同，對電力系統(tǒng)的影響都有所不同，因此，研究分布式電源的分類及其特點，因地制宜的選擇分布式電源類型，對研究含分布式電源配電網(wǎng)的穩(wěn)定、經(jīng)濟運行有著至關(guān)重要的作用。分布式電源對規(guī)劃的影響由于分布式電源直接接入配電網(wǎng)的低壓側(cè)，對周圍的負荷提供了電能，它們的加入改變了整個配電網(wǎng)對外的負荷輸出，而這種輸出跟分布式電源的投入和退出有很大的關(guān)系，分布式電源的隨機性，使得負荷的增長預測更難把握。為了預測這些不定因素。規(guī)劃人員應該對這些隨機性帶來的影響進行評估，以尋求精確的負荷預測方法。于此同時尋找合適的優(yōu)化方法，才能給出分布式電源的優(yōu)化配置，包括分布式電

49、源接入的容量和位置，這樣才能保證含分布式電源的配電系統(tǒng)安全，穩(wěn)定，經(jīng)濟的運行，另外，國家能源政策、能源規(guī)劃也直接影響電力系統(tǒng)規(guī)劃決策和過程。在規(guī)劃前納入政策對分布式電源支持的因素也是很有必要的。規(guī)劃含多種類型分布式電源的并網(wǎng)供電系統(tǒng)，首先應該根據(jù)各種分布式電源特征相應的建立模型，其次應該在配電網(wǎng)中確定合理的電源接入結(jié)構(gòu)，并有效利用各種電源，使其最大限度的發(fā)揮作用。配電系統(tǒng)電力系統(tǒng)是向用戶分配電能的重要環(huán)節(jié)。配網(wǎng)若發(fā)生故障，可能會直接導致用戶的供電中斷，因此，配電系統(tǒng)的重要性完全不亞于發(fā)電系統(tǒng)。由于配電系統(tǒng)一般是輻射式供電，如果某一點發(fā)生故障，有可能大致部分線路甚至整條線路的停電，降低供電可靠性

50、，供電用戶80%以上的停電事故都是由于配電系統(tǒng)的故障引起的。因此，應該對配電系統(tǒng)可靠性進行研究，才能讓供電質(zhì)量得到保證。分布式電源對電能質(zhì)量、系統(tǒng)潮流影響分布式電源接入配電網(wǎng)會改變原來配電網(wǎng)的單向潮流結(jié)構(gòu)，這樣的情況下，潮流的大小方向都是無法預測的。如果分布式電源的輸出功率比負荷需求還要大的時，這樣某些段時或者全部潮流反向?？梢钥吹椒植际诫娫吹陌惭b位置和融入對潮流的改變有很大的影響。另外，分布式電源的接入會影響電壓和頻率，如風力發(fā)電隨風力的隨機變化還有分布式發(fā)電機啟停，都會引起電壓的波動、閃變、頻率波動等問題。對系統(tǒng)運行可靠安全性影響分布式電源的接入改變了電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，短路電流也會因此受到改變，

51、原來網(wǎng)架中的保護裝置會因為潮流的改變和短路電流誤動作，降低了系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定性。特別是短路電流大于了系統(tǒng)的斷路器中斷容量時，對設備非常不利，可能會被損壞。因此，解決這個問題的方法是：分布式電源并網(wǎng)運行時對其提供有效的接地，這樣可以防止單相接地短路時，非故障相出現(xiàn)過電壓。在這樣的出力方式下，如果接入分布式電源的電網(wǎng)與主網(wǎng)分離，還能繼續(xù)向所在獨立電網(wǎng)供電，形成孤島的形式。這種突然形成的孤島，不僅對系統(tǒng)穩(wěn)定性會造成影響，引起諧振過電壓或者損壞設備，還對維修人員的人身安全會造成隱患，系統(tǒng)受到干擾的時候，大量滲入系統(tǒng)的分布式電源可能會增大轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)速的偏差，導致振蕩持續(xù)時間延長。 分布式電源接入標準理論

52、分布式電源的出力會受到如風速、太陽能輻照強度等不確定因素的影響，這些因素會對電網(wǎng)產(chǎn)生波動。這里參考風力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)接入35kV及以下電網(wǎng)時設定的國內(nèi)外有關(guān)標準，明確國內(nèi)外標準對分布式電源發(fā)展的有關(guān)要求。國外IEEE1547標準所示的區(qū)域電力系統(tǒng)示意圖如4.1所示。圖4.1 互聯(lián)系統(tǒng)之間的關(guān)系示意圖發(fā)電設備的有功和無功控制在并入電網(wǎng)時應符合規(guī)定范圍，其電能質(zhì)量滿足相關(guān)要求。根據(jù)標準，并網(wǎng)模式時，從安全穩(wěn)定的角度，分布式電源接入時，應盡量少地對公共連接點PCC點的電能質(zhì)量構(gòu)成影響。國家電網(wǎng)公司對分布式電源接入電網(wǎng)的技術(shù)規(guī)定，電源并網(wǎng)后能夠有效的輸送電能，并能夠讓電網(wǎng)安全、穩(wěn)定的運行下去

53、。分布式電源經(jīng)濟性分析及優(yōu)化配置的模型建立作為未來的電力重點發(fā)展對象，分布式電源還任重道遠，由于傳統(tǒng)的大電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復雜，且技術(shù)上的成熟，使得短時間內(nèi)分布式電源不能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)電源。然后讓分布式電源與大電網(wǎng)有機的集合在一起，通過大電網(wǎng)來彌補分布式電源的缺陷，又通過分布式電源彌補大電網(wǎng)的不足。但又能使其優(yōu)勢得以發(fā)揮。但是分布式電源的接入并不一定會是電網(wǎng)的有功損耗減小，有時候不當?shù)慕尤胛恢梅炊鴷黾悠渚W(wǎng)損。在電壓方面，有時候過高的電壓會超過正常的電壓范圍。因此，分布式電源的合理配置，是非常必要的。分布式電源接入電網(wǎng)后必然會引起系統(tǒng)內(nèi)潮流的變化，這種變化時不可消除的，但是可以通過一些方法使得變化處于可控范

54、圍內(nèi)，這個時候經(jīng)常用到的做法通常會對接入配電網(wǎng)的分布式電源的容量進行限制；另外，分布式電源總?cè)萘克急壤^高，會直接導致系統(tǒng)的電能質(zhì)量下降。因此，在進行電源規(guī)劃時，大多認為分布式電源的總?cè)萘坎荒艹^最大負荷的30%或更低。本文根據(jù)已有文獻的研究結(jié)果，將其定位總負荷量的25%。目前，最傳統(tǒng)的電源規(guī)劃模型考慮在一定可靠性基礎下，使分布式電源接入的總投資成本最小。在微電網(wǎng)電源配置中不容忽視的是不可再生能源的比例問題。非可再生能源的供電方式，雖然不存在燃料與環(huán)境保護成本，但輸出功率受自然因素（包括風速、光強）的影響而呈現(xiàn)出不可控的特性；而可控制電源的供電方式，雖然存在燃料與環(huán)境保護成本，但其輸出功率可

55、即時控制。由此可見，可再生能源與可控分布式電源這兩類供電方式之間具有較強的技術(shù)與經(jīng)濟互補特性。隨著能源短缺問題越來越嚴重，傳統(tǒng)的能源是有限的，終有一天會被開采殆盡，而考慮到可再生能源如太陽能和風能的資源更加豐富，應考慮盡量增加可再生能源的利用。在建立目標函數(shù)建立的時候也要充分考慮可再生能源在環(huán)保和長期成本方面的表現(xiàn)，以加大可再生能源在分布式電源中的比例。目標函數(shù)本文在不考慮負荷新增節(jié)點的情況下，在并網(wǎng)模式下建立了以配電網(wǎng)網(wǎng)損費用、分布式電源運行費用最小為目標的含DR的配電網(wǎng)規(guī)劃經(jīng)濟模型。配電網(wǎng)規(guī)劃的目的是在滿足用戶供電和保證網(wǎng)絡運行約束的前提下，尋求一組最優(yōu)的決策變量，使投資費用，網(wǎng)損費用之和

56、最小。本文在已知分布式電源的布點情況下，對現(xiàn)有配電網(wǎng)中對DR的容量進行優(yōu)化，使配電網(wǎng)年運行費用最小。其目標函數(shù)為： （4.1）式中，為電網(wǎng)網(wǎng)損費用；為分布式電源的運行總費用35-36?？偟挠泄W(wǎng)損可以表示為： （4.2）式中：為節(jié)點的電壓值；節(jié)點與之間的節(jié)點導納矩陣元素的實部；為節(jié)點的電壓相角；為全網(wǎng)的有功總損耗。電網(wǎng)有功損耗費用的表達式為 （4.3）式中，為單位電價，0.1$/kWh； 是每個小時時刻t的有功損耗值；分布式電源的運行總費用包括設備投資費用、運行和維護費用、燃料費用、環(huán)保折算費用。投資成本的經(jīng)濟性數(shù)學模型描述如下： （4.4）式中：為電源的類型數(shù)目；x=x1，x2，xN，為決策

57、變量； 為第種電源的數(shù)目； 為第種電源的等年值設備投資費用；為第種電源的年運行和維護費用；為第種電源的年燃料費用；為第種電源的環(huán)保折算費用。（1）等年值設備投資費用分布式發(fā)電的裝機成本與集中式發(fā)電相比偏高，但隨著技術(shù)的發(fā)展，這一制約因素有望得到解決。分布式發(fā)電裝機成本與具體項目密切相關(guān)： （4.5）式中：為電源的等年值設備投資費用；為裝機成本；為項目全壽命周期年限，10a；為年資金回收率，其表達式為： (4.6)式中 r 為折現(xiàn)率，其值為加權(quán)平均資本成本，用于測算投資方案的凈現(xiàn)值和現(xiàn)值系數(shù)，以比較投資方案，進行投資決策。為簡化計算，考慮籌資方式如下：借款利率 Rw為 6.9%(目前銀行 5a

58、以上長期貸款利率為 6.84%)，權(quán)益收益率 Ew為 15%，負債率 Dw為 80%，所得稅率 Tw為 33%。則 r 的計算如下： (4.7)（2）運行和維護費用正比于機組裝機容量： (4.8)式中：為第 i 種電源的比例系數(shù)，$/(kW a)；為第 i 種電源的年機組啟停費用。不間斷電源存在機組啟停費用，取決于第 j 次啟動前的停運時間 ，其表達式： (4.9)式中：為第 i 種電源的熱啟動費用；為第 i 種電源的冷啟動費用；為第 i 種電源的冷啟動時間常數(shù)；為第i種電源的啟停次數(shù)。（3）燃料費用不間斷電源也存在燃料費用。天然氣、柴油價格的上升會惡化分布式發(fā)電的經(jīng)濟性。 (4.10)式中：

59、為第 i 種電源的年發(fā)電量，kW h；為各種電源燃料費用比例系數(shù)。當采用熱電聯(lián)產(chǎn)運行時，產(chǎn)生的廢熱可以用于用戶側(cè)的熱水或蒸汽供應，替代供熱的燃料成本，客觀上會降低燃料費用。（4）環(huán)保折算費用以風電和太陽能為主的可再生能源發(fā)電是實現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑之一。為了將分布式電源對環(huán)境的影響統(tǒng)一到評估模型，中各種分布式發(fā)電技術(shù)的污染排放特性來評估環(huán)境影響，將環(huán)境影響折算成費用37： (4.11)式中：為第 k 種污染物的排放系數(shù)；為其污染物的環(huán)境價值；為污染物所受罰款；M 為污染物的種類。約束條件約束條件包括潮流方程約束、機組功率約束條件、節(jié)點電壓約束、導線電流不等式約束、分布式電源運行約束、待選節(jié)點D

60、R安裝容量約束。1）潮流方程約束為 （4.12）式中：和分別為節(jié)點 i 的有功和無功注入量；為節(jié)點i 的電壓幅值；和分別為分布式電源注入節(jié)點i 的有功和無功功率。2）機組功率約束條件： （4.13）為t時段機組i的出力，和為i臺發(fā)電機出力的上下限。 3）節(jié)點電壓約束為 （4.14）式中：和分別為的上限和下限；為支路 i 的電壓懲罰因子；為節(jié)點電壓懲罰因子，當電壓不在運行范圍內(nèi)時取極值，程序中會自動淘汰，而滿足運行條件時取 0。4）電流的不等式約束條件為 （4.15）式中：為支路 j 的電流；為支路 j 允許通過的電流上限；為支路 i 的電流懲罰因子；為導線電流懲罰因子，取值的原則同。5）分布式