高滲透率可再生能源接入電網(wǎng)的論述2.1引言電力系統(tǒng)需要無時無刻的維持供電電力的平衡，才能保證該電網(wǎng)安全的運行。但是在實際運行當(dāng)中。高滲透率可再生的能源連接入網(wǎng)的規(guī)劃評估系統(tǒng)的設(shè)立，可以實現(xiàn)在現(xiàn)在的電網(wǎng)上接入可再生能源后的估計，有利于發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，有利于提高電網(wǎng)供電的效率及可提升電網(wǎng)的整體的穩(wěn)定和可靠。2.2高滲透率可再生能源評價體系為的是更全面的反應(yīng)被評價的對象，往往希望指標(biāo)盡可能多，而后站在不同的角度，具體問題具體分析評估出評價對象所具有的性質(zhì)，但這并不代表指標(biāo)越多越好。一方面，指標(biāo)數(shù)量與有效信息并不是呈正相關(guān)發(fā)展；另一方面，指標(biāo)數(shù)量過多有可能會導(dǎo)致信息不能被高效利用，以至于影響最終的綜合分析判斷能力。因此，要將指標(biāo)數(shù)量的增加和有效信息的增加合理統(tǒng)一，最終建立出一個效率高、符合合理性要求、具有嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)指導(dǎo)水平的高滲透率可再生能源評價體系。為了建立出高滲透率可再生能源評價體系，高滲透率可再生能源接入電網(wǎng)的過程中，需要構(gòu)造幾點標(biāo)準(zhǔn)，具體總結(jié)為以下幾點原則。（1）電網(wǎng)規(guī)劃評價指標(biāo)體系的建立要與具體城市的用電特點以及當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)負(fù)荷特性相適應(yīng)，根據(jù)每個城市的不同作出不同的分析報告。（2）電網(wǎng)規(guī)劃評價指標(biāo)體系要注意從全面性上對電網(wǎng)進(jìn)行分析，不要糾結(jié)于某一個點，指標(biāo)的設(shè)立應(yīng)當(dāng)簡潔明了。（3）電網(wǎng)是否能適應(yīng)高滲透率可再生能源的接入是討論指標(biāo)體系的好壞一個重要標(biāo)準(zhǔn)。表1適應(yīng)高滲透率可再生能源接入的電網(wǎng)規(guī)劃評價指標(biāo)體系電動汽車接入電網(wǎng)的論述3.1引言電動汽車是近些年國家高度推廣的新能源汽車，其是由高度清潔無污染的新能源支撐的，所以可以作為電源并入電網(wǎng)，為電網(wǎng)提供服務(wù)。隨著電動汽車的并入，減少了我國的投資壓力并增加了我國能源利用率，增加了我們國家電網(wǎng)的可信度，電動汽車的車主自身利益提升，使我們的環(huán)境越來越好。本章主要介紹了電動汽車接入國家電力系統(tǒng)的作用、目的，介紹了其在四個方面服務(wù)的優(yōu)點，討論了其經(jīng)濟(jì)和社會上的價值作用，解析電動汽車對電網(wǎng)以及電力產(chǎn)生的影響。3.2電動汽車接入電網(wǎng)的作用總的來說，電動汽車接電網(wǎng)可以向電網(wǎng)供應(yīng)了四種效能:基荷電能、峰荷電能、旋轉(zhuǎn)備用服務(wù)、調(diào)頻服務(wù)。除了基荷電能，其余3種服務(wù)的經(jīng)濟(jì)價值很高，可以補(bǔ)償較高的原始投資。另外，電動汽車還能夠供應(yīng)可再生能源儲蓄的服務(wù)。調(diào)峰服務(wù)調(diào)峰服務(wù)，簡單來說其目的就是為了讓各地居民用戶穩(wěn)定的享用來自國家電網(wǎng)輸送的電能，但是不同的地方各自的情況不同，所以，需要各地根據(jù)不同的需求來確定相關(guān)的規(guī)定，具體問題具體分析。旋轉(zhuǎn)備用服務(wù)旋轉(zhuǎn)備用服務(wù)指的是能夠快速通過提供電能去達(dá)到電網(wǎng)的需要，可以在很短的時間內(nèi)完成，大概在10-20分鐘之內(nèi)就可以，旋轉(zhuǎn)備用服務(wù)提供電能是需要額外支付費用的，電動汽車非常符合此類行為，因為電動汽車的備用服務(wù)可以持續(xù)數(shù)十個小時，這樣額外支付費用就可以獲得了，而且通過充電就能快速恢復(fù)駕駛能力。3)調(diào)頻服務(wù)調(diào)頻服務(wù)是指頻率的控制，是用來響應(yīng)負(fù)荷的需求去調(diào)節(jié)頻率的。調(diào)頻服務(wù)是需要人為的加以控制，而且發(fā)電機(jī)組在一分鐘之內(nèi)可以響應(yīng)從調(diào)度中心發(fā)出的信號，從而增加或減少發(fā)電的功率。4)可再生能源儲能服務(wù)可再生能源可以被電動汽車接入電網(wǎng)后的可再生能源提供儲能服務(wù)。然而，可再生能源接入量高于總量的三分之一以上時，就需要額外的電源解決能源出現(xiàn)的波動情況。這能夠用接入備用電源及儲能去解決。電動汽車當(dāng)電能過多使用不了時可以儲存電能，當(dāng)電能不足時可以充當(dāng)臨時電源釋放電能來達(dá)到城市供電需求。短期內(nèi)，電動汽車應(yīng)該實現(xiàn)高價值、對時間要求嚴(yán)格的服務(wù)———調(diào)頻和旋轉(zhuǎn)備用服務(wù)，由約3%的電動汽車群提供。當(dāng)這些市場飽和后，電動汽車群能夠開始供應(yīng)峰荷電能和可再生能源儲蓄的服務(wù)。3.3電動汽車接入電網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響電動汽車充當(dāng)電源，或者充當(dāng)為負(fù)載（負(fù)荷）接入我們的電網(wǎng)系統(tǒng)后，能夠使電力得系統(tǒng)尤其是配電系統(tǒng)產(chǎn)生很大影響力，許多方面在電網(wǎng)運轉(zhuǎn)的過程中會發(fā)生好的或者壞的變化。對電網(wǎng)日常運行(負(fù)荷曲線)的影響電動汽車在接入電網(wǎng)后，將有更多的電源可用，以華東電網(wǎng)5個變電站為對象，在2010年夏高運行方式下接入電動汽車，研究其接入后的效果。其接入模式如表2所示。表2接入變電站的電動汽車參數(shù)各變電站運行的結(jié)果如下表所示。表3各變電站運行結(jié)果由各變電站運行結(jié)果可以得出，在其接入后，有削弱峰值也就是最高值附近值的作用，同時也有填平谷底值的作用。效果的具體程度，還是需要變電站的參數(shù)值來決定的。如果每天的曲線有峰值有谷值，簡單來說就是有高峰和低估的曲線，并且曲線的變化程度是頗具平滑的變化的，那么接入之后的作用更加突出，峰谷差最大可減小34%。3.4電動汽車接入電網(wǎng)的價值1)對電網(wǎng)運行方在電動汽車接入電網(wǎng)之后，此時的電動汽車的作用是充當(dāng)分布式電源，首先對于電網(wǎng)運行方來說，可以減少其所備用的容量，減少對新設(shè)備的投資，提升了電力體系的可靠度，因此，電網(wǎng)運行方是受益的。對電動汽車車主在夜間，電費較低的時候，車主可以對電動汽車進(jìn)行充電，減少其使用的費用，而在白天電費相對較高的時候，可以使用電動汽車讓生活更加的方便。通過此方法每個電動車主降低了成本，減少了投資。3)對自然環(huán)境電動汽車的使用可以減少汽油使用量，緩解能源緊張的問題，進(jìn)一步縮小像煤、石油等對環(huán)境產(chǎn)生不良影響并釋放溫室氣體的能源，其中一部分替代火電廠，而且和可再生能源可以集成。內(nèi)燃機(jī)汽車廢氣中的一氧化碳、碳?xì)浠衔锏染哂形廴镜臍怏w很容易形成酸雨等高污染天氣。電動汽車不會產(chǎn)生汽車尾氣，而且噪音比較小。因此人們稱之為“零排放、零污染汽車”。含分布式電源的配電網(wǎng)潮流計算4.1引言分布式電源換一個名稱就是相對獨立的電源，其功率的范圍較廣，大概在幾千瓦到50MW之間。為什么要引入分布式電源呢？其原因是該電源不僅屬于國家電力等部門，更屬于我們周圍的居民用戶甚至可以由其他機(jī)構(gòu)隸屬，所以分布式電源可以滿足各個階層的需求。分布式電源不僅可以向離城市較遠(yuǎn)的郊區(qū)提供電能，而且可以節(jié)約用電成本，向接收輸電用戶提供穩(wěn)定而可靠的電能。綜上所述，分布式電源的模型需要建立（潮流模型），才能解決生活中的實際問題。根據(jù)上面提出的問題，這一章首先對配電系統(tǒng)中元件的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行著手，其次從配電網(wǎng)的潮流計算進(jìn)一步分析并逐個解釋了配電網(wǎng)潮流計算中的數(shù)學(xué)模型，其中包括我們?nèi)粘Ｉ钪械姆植际桨l(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行討論。4.2配電系統(tǒng)中元件的數(shù)學(xué)模型4.2.1配電線路模型架空地線和地下電纜是配電網(wǎng)中的主要電纜。由于架空地線和地下電纜雙方的各自功能不相同，配電線路的電阻與電抗的比值大于輸電線路，配電線路電阻與電抗的比值大概在一到三之間，所以對線路的影響比較大，必須將電阻的影響考慮在內(nèi)，通常配電線路短于輸電線路的長度，電路中并聯(lián)的導(dǎo)納通常是能夠省略的，修正后的電路模型如下圖4--1。圖4-1配電線路的模型其中母線i和母線j分別為線路的入端母線和出端母線。配電線路的三相串抗矩陣為:（4.1）4.2.2配電變壓器模型說起配電系統(tǒng)肯定少不了變壓器，變壓器為電力系統(tǒng)里必不可少的元件，其傳統(tǒng)的輸電網(wǎng)的單項模型不匹配配電系統(tǒng)的三相不平衡。開始潮流計算時，如果兩個降壓變壓器的相位角偏移量不同并且連接組別不同的情況下，就要考慮相位偏移，因為在合環(huán)時才會開始潮流計算，所以其目的很明確，是為了減小誤差。變壓器三項模型如下圖所示。圖4-2變壓器三相模型變壓器的有功和無功損耗可以用如下標(biāo)幺值計算公式寫出:（4.3）（4.4）在上式中，ABCDEF不是一個固定的值，是根據(jù)由不同變壓器的型號來確定的，所有如果使用種類不一樣的變壓器，需要分開來計算。典型值是:A=0.00267B=0.734x10",C=13.5,D=0.00167,E=0.268x10",F=22.7。如下式，可以簡單地反映出在變壓器中的相電壓與相電流的關(guān)系:（4.5）其中，變壓器的一次側(cè)與二次側(cè)分別用p,s來表示。（4.6）如果直接計算的話其過程相對比較復(fù)雜，所以下面使用O/Y降壓變壓器，其目的是使計算過程稍微簡單一點，O/Y的含義是指三角/星接地，使用該變壓器的好處是可以直接對一、二次側(cè)的電流和電壓的關(guān)系進(jìn)行求解，如果是用其它的變壓器，也可以采用該方法進(jìn)行推導(dǎo)。圖4-3(/Y)型降壓變壓器定義變壓器線圈的實際變比為:（2.7）其中，UL和ULn,分別表示低壓側(cè)的線電壓和高壓側(cè)的線電壓，根據(jù)圖4-3可得:（4.8）即：（4.9）其中，[Utm]和[ULnoc]分別表示低壓側(cè)的感應(yīng)電壓和變壓器高壓的側(cè)線電壓。本文利用對稱分量法的目的是為了進(jìn)一步得到高壓側(cè)和低壓側(cè)相電壓之間的關(guān)系，將電壓轉(zhuǎn)化為高壓側(cè)相電壓。（4.10）（4.11）其中:a=1.0Zl20°,t=+∠30,[UNxc]表示變壓器高壓側(cè)相電壓。因此可以推導(dǎo)出高壓相電壓與線電壓的關(guān)系式如下:（4.12）把式子(4.10)代入式子(4，12)，有:（4.13）進(jìn)而可以推得變壓器低壓側(cè)的感應(yīng)電壓為：（4.14）其中，的含義顧名思義，是變壓器低壓側(cè)的相電壓，的含義和上式基本相同，是低壓側(cè)的相電流，的含義相對復(fù)雜一些，是低壓側(cè)的阻抗，而且是歸算后的阻抗。將式(4.14)代入式子(4.13)所示:（4.15）即：（4.16）根據(jù)式(4.16)，低壓側(cè)和高壓側(cè)的相電壓和相電流之間是可以通過相互推導(dǎo)得出的。如下文所示。由式(4.9)可得:（4.17）而（4.18）將與的關(guān)系式相互帶入，所示:（4.19）因此：（4.20）即：（4.21）根據(jù)式(4.21)，可以被推導(dǎo)出，使用和可以進(jìn)一步推導(dǎo)出，由圖4-3可得:（4.22）即：（4.23）而：（4.24）即：（4.25）因此：（4.26）4.2.3配電負(fù)荷模型配電負(fù)荷的種類可以分為3種，大概可以分成功率、電流、阻抗三中類型，但必須保證是恒定的，同時也可以分成如下圖所示的兩種類型，由如圖4-4所示。配電負(fù)荷的給定值是由復(fù)功率給定的，那么可以根據(jù)自身的負(fù)荷類型，并參照負(fù)荷所在節(jié)點電壓將其轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的恒定模型參數(shù):恒定功率參數(shù)為、恒定電流參數(shù)為，恒定導(dǎo)納參數(shù)為。圖4-4接地星形負(fù)荷圖4-5不接地三角形負(fù)荷有關(guān)接地星形負(fù)載，若給定三相額定功率：（4.27）對于恒定功率類型負(fù)荷：（4.28）對于恒定電流類型負(fù)荷：（4.29）式中，，為負(fù)荷節(jié)點的對應(yīng)相電壓。對于恒定阻抗類型負(fù)荷：（4.30）同樣的，如圖4-5所示，負(fù)載的計算，這里的負(fù)載是指對于使用不接地三角形方法連接的，如果兩相間的額定功率是已知的，則：（4.31）對于恒功率類型負(fù)荷：（4.32）對于恒電流類型負(fù)荷：（4.33）對于恒阻抗類型負(fù)荷：（4.34）4.2.4配電電容器模型進(jìn)行無功功率補(bǔ)償大部分措施采用的是使用并聯(lián)電容器組，是在配電網(wǎng)中使用的大多數(shù)方法。在配電的電容器中可以分為兩種形式，接地星形接法和不接地的三角接法。10KV及10KV以上的配電電容器大多是利用接地星形接法;較低電壓的配電電容器大多數(shù)是采用不接地三角接法。配電電容器用Yc來表示，Yc的含義非常簡單，是大家熟知的恒定導(dǎo)納矩陣。恒定導(dǎo)納矩陣的具體位置和具體節(jié)點是在三相電壓向量的根基上，通過上述所述的值，在通過并聯(lián)電容器導(dǎo)納矩陣及電流注入量，可以推導(dǎo)出并聯(lián)電容器的電流值，如表4.1所示。表4.1并聯(lián)電容器的導(dǎo)納矩陣及電流注入向量4.3配電網(wǎng)的三相潮流計算配電網(wǎng)的三項潮流計算在我們的國家配電網(wǎng)中處于非常重要的位置，配電網(wǎng)相對于輸電網(wǎng)是有很多區(qū)別的：比如配電網(wǎng)在輸電線路上和分支電路上與輸電網(wǎng)都不相同，輸電線路比較短，但是分支電路相對較多一些，電壓通常不是很高。而配電網(wǎng)中也有電阻，雖然阻值不是很大但也不可忽略。最后但同樣重要的是，在計算中我們必須要求速度以及準(zhǔn)確度，而且所占用的空間也就是內(nèi)存不能太大，盡量越小越好。算例分析：用IEEE33節(jié)點測試系統(tǒng)，使用Matlab仿真軟件進(jìn)行仿真，該網(wǎng)絡(luò)的支路以及節(jié)點和潮流計算結(jié)果由下表所示。=12.6kV，此處的是指線電壓基準(zhǔn)值，=1000，此處的是指三項功率的基準(zhǔn)值。圖4-6為33節(jié)點網(wǎng)絡(luò)圖。圖4-633節(jié)點測試系統(tǒng)圖表4.2各回路所包含的支路及潮流計算結(jié)果表4.3算法計算速度比較4.3.1輻射型配電網(wǎng)潮流計算的基本方法輻射型配電網(wǎng)的潮流計算的基本方法總得來說可以分成節(jié)點法和支路法，節(jié)點法的前提是需要電壓與電流作為已知量去進(jìn)行計算的。具體可以分為兩種方法，其一是我們經(jīng)常使用的牛頓-拉夫遜方法也就是我們平時所稱之為的牛頓法，其二是快速解耦法，上述兩種方法可以一起使用，并可以在兩種方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)形成新的計算方法。支路法顧名思義，是用各個支路中的參數(shù)和變量進(jìn)行潮流計算的，其中支路中的電流和功率是主要使用參數(shù)，前推回代法是支路法中最經(jīng)常使用的方法，下面進(jìn)行主要介紹。牛頓-拉夫遜方法牛頓法：簡單的來說就是把潮流方程組F（x）化零，通過泰勒級數(shù)公式，去掉高階項，然后求解出最終答案。簡單總結(jié)的來說就是逐次線性化。（4.35）式中，X和AX分別為n個狀態(tài)變量和其修正量組成的n維列向量;由n個函數(shù)組成的n維列向量是F（x）;J為階方陣，稱為雅克比矩陣，它的第i行第j列元素,為第i個函數(shù)對第j個變量的偏導(dǎo)數(shù);上角標(biāo)(k)表示J陣的每個元素都在點（）處取值。在對雅克比矩陣進(jìn)行近似處理之后，可寫成形式，其中U是一個只依靠體系拓?fù)涞某?shù)上三角矩陣，D是一個塊對角的矩陣,這就是改進(jìn)牛頓法，改進(jìn)方法在算法狀態(tài)變量的糾正增量時，避免了無需計算的方程的偏微分，進(jìn)而忽略與雅克比矩陣和LU分解因子有關(guān)的能夠的病態(tài)情況。4.3.2回路阻抗法回路阻抗法可以換一個名稱，直接求解法也就是直解法，因為其使用基爾霍夫定律，將每個節(jié)點的負(fù)荷用響應(yīng)的阻抗表示出來是回路阻抗法的原理:（4.36）以上公式是由饋線根節(jié)點到每一個負(fù)荷節(jié)點形成一條回路,以回路電流為變量,根據(jù)基爾霍夫電壓定律得出的其中，的含義非常明顯，指的是根節(jié)點電壓，的含義也非常明顯，是指各個回路上的電流等于n點的電流，此處的電流是指負(fù)載電流，的含義更明顯，是i路和j路之間的互相阻抗。4.3.3前推回代法如圖4-6所示，其中前推回代算法的通常次序是:第一步：在回推的過程中,用及，此處的含義是指母線K處的三相電壓，以及三相電流，兩者都為向量。接著第二步：計算出及，此處的含義是指計算出母線k-1的三相電壓和三相電流，兩者都為向量;由母線k-1的三相電壓向量和進(jìn)支的三相電流向量,求出母線k的三相電壓向量和出支的三相電流向量。這個過程是前推回代過程。多次進(jìn)行以上過程，一直進(jìn)行到各個量的增幅值和相位角相對于上一次的偏差值較小至滿足要求，可以總結(jié)為以下表達(dá)式?；卮^程:（4.37）前推過程：（4.38）式中,的含義比較明顯，是指第k次重復(fù)時電流的注入量，此處我們稱之為迭代過程；的含義是節(jié)點電流的注入向量，其可以由上式計算得出;Y的意思是矩陣，在此的具體含義是指為母線對地導(dǎo)納的塊對角矩陣;f(U)的含義相對復(fù)雜一些，是指由恒定的功率產(chǎn)生負(fù)荷的節(jié)點電流的注入量，;顧名思義，通過上述的解釋可以理解為第k次迭代時支路電流向量；A為所有{(i,j)|j∈P(i)}中的(i,j),塊行i和塊列j為單位塊的矩陣:p(i)為母線i和源母線之間支路的集合。圖4-7饋線基本單元潮流計算模型圖4.4潮流計算中分布式電源的數(shù)學(xué)模型4.4.1風(fēng)力發(fā)電的數(shù)學(xué)模型如今，風(fēng)力發(fā)電在我們的國家使用相對也較多，尤其是西北寬廣的區(qū)域，大部分都是由異步發(fā)電機(jī)組成，也相對含有同步發(fā)電機(jī)。勵磁功率的大小是由不同發(fā)電機(jī)的型號來決定的，在此，例如同步發(fā)電機(jī)，它的勵磁功率相對于異步發(fā)電機(jī)來說，相對較小，其中同步的電動機(jī)的暫態(tài)穩(wěn)定度不高。因此，現(xiàn)在并網(wǎng)采用的方式大多數(shù)都是使用異步發(fā)電機(jī)。因為勵磁裝置本身是不存在異步發(fā)電機(jī)中的，所以勵磁電流是需要異步發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)和電容器中吸收而來的。下圖為異步發(fā)電機(jī)簡化模型，也就是型等值電路：圖4-8異步發(fā)電機(jī)簡化模型其中，和的含義分別是指，定子漏抗和轉(zhuǎn)自漏抗。的含義是指，激磁電抗，和的含義分別是指，定子電阻和轉(zhuǎn)子電阻，S的含義是指轉(zhuǎn)差，上面的變量都是基于異步發(fā)電機(jī)來說的。風(fēng)電場從電網(wǎng)吸收的無功為：（4.39）此處的假設(shè)是風(fēng)電場所產(chǎn)生的有功功率，相對于風(fēng)電機(jī)所產(chǎn)生的的機(jī)械功率，兩者相近似。對此風(fēng)電機(jī)的并網(wǎng)節(jié)點處的U就是其壓的幅值，還有電風(fēng)機(jī)的機(jī)械功率則是P，其中電抗力是。風(fēng)電機(jī)所吸收的無功，也可認(rèn)為為無功功率，可以看做PQ節(jié)點的潮流計算。與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并聯(lián)安裝的電容器組在大多數(shù)情況下是可以減少網(wǎng)絡(luò)中的損耗。無功的補(bǔ)償為：（4.40）的含義是指，發(fā)電機(jī)的初始功率因數(shù)，的含義是指，發(fā)電機(jī)并聯(lián)后的功率因數(shù)。電容器組的組數(shù)為:（4.41）在上式中，[n]是對分?jǐn)?shù)取整數(shù)運算，的含義是指，并聯(lián)電容器的容量。真實吸收的無功功率的值為:（4.42）每次算出的電壓值可以通過（4.39）式求出吸收的無功，由（4.40）和（4.41）可以求出并聯(lián)的電容器的具體組數(shù)，由（4.42）式可以求出我們最終的答案，即電機(jī)真實吸收的無功的值。4.4.2燃料電池的數(shù)學(xué)模型燃料電池在我們的生活中也是使用較多的，其使用的大多為直流電流，如果想進(jìn)行并網(wǎng)的話，必須通過轉(zhuǎn)換器變?yōu)榻涣麟?，進(jìn)行并網(wǎng)。此電池也能夠充任分布式電源，也是由不同種類的變壓器組成的。如下圖所示，是燃料電池發(fā)電站站點的并網(wǎng)等效電路圖。圖4-9燃料電池發(fā)電站并網(wǎng)等效電路如圖4-8中因為燃料電池輸出為直流電壓是，是逆變器的超前角，燃料電池的等效的內(nèi)阻力是，的含義是指，變壓器的等效阻抗力，的含義是指，逆變器的調(diào)節(jié)指數(shù)，的含義是指，交流電壓，的含義是指，并網(wǎng)的系統(tǒng)母線電壓。和的含義相對沒有具體區(qū)分，是電壓的相角和，=-。是其關(guān)系式。根據(jù)上面的符號解釋，以及電路與案例題，能夠推導(dǎo)以下的模型關(guān)系:（4.43）（4.44）因為變換器的的功率輸出以及功率因數(shù)，能夠計算出最小值，是指功率因數(shù)的最小值，可得變換器的容量的極限值是:（4.45）無功功率的man值如下:（4.46）燃料電池在工作時基本不產(chǎn)生無功功率，也沒有采用系統(tǒng)中的無功的功率，所以能夠姑且認(rèn)為它無功的極小值是零，可把燃料電池視成PQ節(jié)點作用，無功的上限與下限值就是這時的無功匯入。4.4.3光伏電池數(shù)學(xué)模型光伏電池在我們的生活中不是很多見，但是在電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中是不可缺少的一員，可以分為如下兩種模式，模型如下所示。圖4-10不可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)圖4-11可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)由于網(wǎng)損控制系統(tǒng)中的模型所示，不可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的安裝相對簡單，其可靠性和集成度等方面都具有很好的優(yōu)勢，所以吸收的太陽能相對較多，在我們的發(fā)電系統(tǒng)中具有普遍的使用。在配電網(wǎng)中，其注入的電流的值基本來說的恒定的，稱之為恒定值，其中無功功率是：（4.47）上式子中輸出的恒定有功的功率為P，匯入電網(wǎng)后的恒電流，也就是，其中e是節(jié)點處的實部，則f就是節(jié)點處的虛部。每次得到的電壓實部與虛部都由上式可以算出，將其轉(zhuǎn)換成PQ節(jié)點處理。PQ節(jié)點處理方法就是將其當(dāng)作負(fù)值的負(fù)載，注入電流可以表示為：（4.48）其中，的含義不是簡單的電壓，而是分布型電源接入節(jié)點處電壓。4.5算例分析把圖4-11所示IEEE33的節(jié)點例子是根本，對以上四種分布式電源連接配網(wǎng)完成解析測試。每個變壓器中都存在著變比值，該系統(tǒng)中的變比值為：12.66/0.38，用于無功補(bǔ)償?shù)碾娙萜?40kVar，=12.66kV.圖4-12弱環(huán)網(wǎng)絡(luò)圖電源點接在節(jié)點21,該節(jié)點各個的有功的輸出約是150kW。循環(huán)迭代次數(shù)為6。表4.4含一個PV類型的分布式電源的網(wǎng)絡(luò)潮流計算結(jié)果表4.3是在變壓器的高壓側(cè)接有多個分布式電源的配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算結(jié)果。在節(jié)點21處，我們認(rèn)為在此節(jié)點處接入PQ種類分布式電源,各個的有功輸出為150千瓦,無功輸50kVar;在節(jié)點24處，我們接入PV種類電源，各個的有功輸出為150千瓦;在節(jié)點32處，我們接入PQ(V)種類的分布式的電源,輸出的有功功率是150千瓦,約S=0.00333.PI種類的電源接上了節(jié)點13;各相有功輸出為200kW。表4.5高壓側(cè)含多個分布式電源的配電網(wǎng)潮流計算結(jié)果表4.4的計算結(jié)果是變壓器高低壓側(cè)接有分布式電源的配電網(wǎng)。高壓側(cè)所接的分布式電源與表4.2大致相同，低壓側(cè)含有的PQ節(jié)點在節(jié)點33處，各相有功功率為100kW，cosφ=0.85;PQ類型節(jié)點也就是PQ式的分布式電源有功輸出功率為100kW，S=0.033。表4.6高低壓側(cè)分別含多個分布式電源的配電網(wǎng)潮流計算結(jié)果通過以上各個表格，并與表4.2進(jìn)行比對后可以得出：現(xiàn)在的分布式電源越來越多，接入電網(wǎng)也越來越多，迭代次數(shù)卻沒有隨之增加，說明此章節(jié)使用的算法對分布式電源的投入使用起到了積極的作用，分布式電源接入后，整個線路的使用電壓升高了，尤其是接入點的電壓提高了，通過對燃料電池的分析，對光伏電池的分析以及對風(fēng)力發(fā)電模型的分析都可以得出此觀點：出于為了提高電網(wǎng)的電壓能力的初衷，才接入分布式電源的，可是由于其多樣性與復(fù)雜性，所以不同分布式電源的提高電壓的能力各不相同，和其種類有關(guān)。結(jié)論是需要根據(jù)我們的實際生活需求，對電能的實際需求，分布式電源是需要細(xì)心挑選的，而其接入點更需要精確的選擇。高滲透率可再生能源并網(wǎng)的網(wǎng)損分析5.1引言高滲透率可再生能源的使用越來越廣泛，并且在近些年新能源的使用越來越多，對電網(wǎng)的潮流流向，電壓穩(wěn)定等都產(chǎn)生了很大的作用力，電網(wǎng)網(wǎng)損也因此發(fā)生了改變，成為人們關(guān)注的焦點。該章的主要工作是為了分析接入點，從接入點開始著手，從影響方面開始進(jìn)行，分布式電源會對配電網(wǎng)產(chǎn)生或多或少，或好或壞的影響，最后通過山東電網(wǎng)的例子并結(jié)合仿真系統(tǒng)應(yīng)用，分析出最終高滲透率可再生能源并網(wǎng)后的網(wǎng)損分析。5.2分布式電源對配電網(wǎng)損影響分析5.2.1理論分析分布式電源并入電網(wǎng)后是否會產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)損耗？首先探討的是這個問題，利用的是簡單輻射狀配電網(wǎng)。如下圖所示，兩種電源的模型圖。圖5-1無分布式電源配電網(wǎng)圖5-2含分布式電源配電網(wǎng)在上述問題的分析中，第一步應(yīng)做的是先把分布式電源對電壓的影響減小為0，通俗來說就是不考慮其對電壓的影響，假設(shè)配電網(wǎng)的線路的各點電壓均都相等了。如圖5-2示，簡單配電網(wǎng)中負(fù)載為,從電源至負(fù)載的線路長度是M，單位線路阻抗時R+jX，分布式電源的容量為,負(fù)載至電源距離是L。由圖5-1可得，在沒有分布式電源的配電網(wǎng)系統(tǒng)中，此時線路總損耗為：（5.1）如圖4-2的所示，介入了分布式電源以后，線路的損耗主要被分為了兩份:的含義是指，母線的損耗;的含義是指，負(fù)荷的損耗。如下是計算公式:（5.2）（5.3）接入和不接入分布式電源之間對配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)損耗為:（5.4）分析公式(5.4)可以得出，將分布式電源接入后，分布式電源的內(nèi)在參數(shù)以及在線路中的位置都會或多或少的對網(wǎng)絡(luò)損耗產(chǎn)生影響，在分布式電源注入容量大小不變的條件中，簡單鏈?zhǔn)脚潆娋W(wǎng)中，根據(jù)公式(5.4)可得，分布式電源的遠(yuǎn)近以及分布式電源的接入位置越來越遠(yuǎn)時，系統(tǒng)網(wǎng)損的變化就會愈大。5.2.2算例計算對IEEE33節(jié)點三相平衡系統(tǒng)加入分布式能源后的網(wǎng)損開始探討，分布式電源的接入點和節(jié)點種類為PQ時，其注入容量基準(zhǔn)值為600+j300(MVA),系統(tǒng)接線圖如圖4-6所示。（1）分布式電源的接入位置對網(wǎng)損的影響分析如分布式電源注入容量為基準(zhǔn)容量的45%左右了，分別接入節(jié)點1，2，3...32。采用基于電流注入模型牛頓法對其可以潮流運算,得到網(wǎng)損后繪制網(wǎng)損總量隨分布式電源接入位置變化的折線圖;變更分布式電源的注入容量為基準(zhǔn)容量的80%左右，分別接入節(jié)點1，2，3,...32，同樣重復(fù)上述步驟。如下圖所示，分布式電源的接入位置對網(wǎng)損產(chǎn)生的影響。圖5-3分布式電源的接入位置對網(wǎng)損產(chǎn)生的影響結(jié)合IEEE33的仿真結(jié)果圖，分析圖5-3的網(wǎng)損變化曲線可以得知，無論是45%基準(zhǔn)值的接入容量還是80%基準(zhǔn)值的接入容量，當(dāng)分布式電源的介入的位置在節(jié)點1到節(jié)點十七之間變化時，網(wǎng)損是隨著分布式電源接入位置的改變而減小的;假設(shè)分布式電源介入18號的節(jié)點了，網(wǎng)損總量發(fā)生了突變，不再是隨著節(jié)點位置的后移而變小，分析系統(tǒng)接線圖可以得出，18號節(jié)點與17號節(jié)點不再是鏈?zhǔn)竭B接。從18號節(jié)點以后，網(wǎng)損依舊是隨著接入位置的后移而逐漸減小。45%與80%基準(zhǔn)值的分布式電源的接入容量相比與系統(tǒng)總的有功負(fù)荷是比較小的。從而可以得出，在節(jié)點較多的配電網(wǎng)中接入分布式電源時，較大容量的分布式電源可以接在系統(tǒng)的中間部分甚至靠前部分，而容量較小的分布式電源建議接在較靠后的位置，這樣可以盡可能的減小網(wǎng)絡(luò)損耗。（2）分布式電源接入容量對網(wǎng)損的影響分析分布式電源的接入容量對網(wǎng)損的影響分析，首先是先選取合適的節(jié)點系統(tǒng)，由于IEEE33的潮流計算模型較為成熟，所以還是使用該節(jié)點系統(tǒng)。第一步要做的工作時，在3號節(jié)點處，接入分布式電源,從基準(zhǔn)值的10%依次變化值基準(zhǔn)容量的100%，使用牛頓法計算網(wǎng)絡(luò)損耗，得到網(wǎng)損隨著分布式電源的接入容量變化而變化的折線圖;改變分布式電源的接入位置，在6號節(jié)點和9號節(jié)點出，分別接入分布式電源，對上述步驟進(jìn)行多次實驗，分布式電源的容量對網(wǎng)損的影響，如下圖所示。圖5-4分布式電源接入容量對網(wǎng)損的影響分析圖5-4可得，隨著容量的變化，那么系統(tǒng)網(wǎng)損總量極小值會大不一樣，網(wǎng)損隨接入容量不同而變化的速率也不同。通過對比可得，在不同的位置下，如果分布式電源的容量不變，假設(shè)分布式電源直接接入9號的節(jié)點的時候，網(wǎng)損總量最小，并且由于將分布型電源接入的容量增加了，網(wǎng)損的下降速率最大。結(jié)合了IEEE33系統(tǒng)接線圖與負(fù)荷數(shù)據(jù)分析可得，分布式電源接在9節(jié)點時，處于負(fù)荷中心區(qū)域，可就近滿足系統(tǒng)的負(fù)荷需求，因此網(wǎng)損隨分布式電源接入容量的變化下降率最大。然后將9號節(jié)點撤出立馬接到3號節(jié)點時，接入容量變大了，網(wǎng)損也呈降低的趨勢；但是因為接入容量的增大，網(wǎng)損下降的速率慢慢地降低，這是由于3號節(jié)點位于系統(tǒng)前端，將分布式電源接在此處時，很小的接入容量就能夠滿足附近的負(fù)載需求，隨著接入容量的進(jìn)一步增大，分布式電源與原有電源一起向遠(yuǎn)處的節(jié)點負(fù)載充電了，傳輸路徑過長，導(dǎo)致網(wǎng)損下降的速率呈逐步放緩的趨勢。因此，則計劃分布式的電源的接入一定的區(qū)域需要盡可能的使接入的分布式電源容量能夠就近獲得負(fù)載的需求，通過此方法是降低網(wǎng)損的最好措施。5.3電網(wǎng)線損理論計算的實際應(yīng)用5.3.1電網(wǎng)線損理論計算要求電網(wǎng)線損理論計算與分析是供電部門的一項十分重要的工作。理論線損是指根據(jù)電網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型和其中的參數(shù)計算出的電力系統(tǒng)在輸電、變電、配電等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的電能損耗(kWh或MWh)。通過可理論線損運算出的結(jié)果去分析了，能夠判斷電網(wǎng)運作的合理經(jīng)濟(jì)性，討論出電網(wǎng)中具體存在的問題，具有針對性的提出減少網(wǎng)絡(luò)損耗的措施與方法，將電網(wǎng)線損降低到充分適當(dāng)?shù)某潭葍?nèi)。電網(wǎng)公司線損理論計算的結(jié)果要對其進(jìn)行分析，要求是“分區(qū)分壓”，“分區(qū)”是指按照供電范圍內(nèi)對考核的區(qū)域進(jìn)行線損理論計算的分析，例如山東電力集團(tuán)公司開發(fā)的《全網(wǎng)線損理論計算與降損分析決策體系》中，將山東省輸配電網(wǎng)絡(luò)按照山東省內(nèi)17個地市進(jìn)行劃分可以分化出線損理論計算，分別計算和分析線損；“分壓”是指按照電壓等級來分析出折損率。同樣的，在上述系統(tǒng)中，在完成全網(wǎng)線有損理論的計算時,不同電壓等級分開計算。5.3.2電網(wǎng)線損理論計算及降損分析決策系統(tǒng)《全網(wǎng)線損理論計算及降損分析決策系統(tǒng)》這個操作系統(tǒng)是由山電集團(tuán)有限公司與山大電力技術(shù)有限公司合作開發(fā)的，將數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)處理和結(jié)果展示三層分開，系統(tǒng)運行能力和安全性會被大幅度的提升。用戶界面如圖5-5所示。圖5-5線損理論計算及降損分析決策系統(tǒng)主界面進(jìn)入系統(tǒng)后，基本工作流程是“繪制圖形—數(shù)據(jù)錄入—提交計算任務(wù)—查看計算結(jié)果”。點擊數(shù)據(jù)錄入界面，接線圖面板上的操作功能發(fā)生變化，如圖5-6、5-7所示。圖5-6典型日配網(wǎng)數(shù)據(jù)錄入界面圖5-7典型日主網(wǎng)數(shù)據(jù)錄入界面線損理論計算模塊界面如圖5-8所示圖5-8線損理論計算界面本模塊的功能是實現(xiàn)電網(wǎng)理論線損計算，其中采用潮流計算方法的是35KV及以上的輸電網(wǎng)（主網(wǎng)），采用電量法、容量法等計算方法的是10kV及以下電網(wǎng)(配網(wǎng))。400V提供典型臺區(qū)法線損統(tǒng)計。全網(wǎng)線損計算結(jié)束后，計算結(jié)果保存至最后-一個模塊:匯總統(tǒng)計。匯總統(tǒng)計用于形成各級各類線損管理報表。該模塊完成對各種參數(shù)和運行結(jié)果的分類整合。如圖5-9所示圖5-9匯總統(tǒng)計界面5.3.3輸電網(wǎng)實例計算分析綜合對《降損分析決策體系與全網(wǎng)線損理論計算》此操作系統(tǒng)，對于使用可再生能源加入220kV主網(wǎng)對線損的影響進(jìn)行分析。選取山東省220kV電網(wǎng)中含有可再生能源的部分電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與去年典型日不含分布式電源的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比分析,電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖下圖的5-10為：圖5-10含可再生能源實際電網(wǎng)接線圖實際電網(wǎng)線路損耗率如下表所示表5-1線損率理論計算結(jié)果對比（%）通過上表所示，在加入可再生能源后，相鄰的線路的線損率都大大減少，其中與可再生能源直接相連的線路線損率下降幅度最大。由上述所述和上表所示，在進(jìn)行并網(wǎng)規(guī)劃時，可盡量縮短可再生能源與重?fù)p線路之間的電氣距離，以便達(dá)到更好的降損效果，有利于電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)節(jié)約。5.4本章小結(jié)本章從第一個小章節(jié)摘要綜述分布型電源對配電網(wǎng)的損耗的作用規(guī)律，其算例仿真模擬主要采取IEEE33節(jié)點的體系，因為此系統(tǒng)他的節(jié)點數(shù)量、母線數(shù)量、線路容量符合本章的研究方向，后計算出了分布型的電源加入后網(wǎng)損后的改變狀況，解析分布型的電源的接入的容量和接入位置對網(wǎng)損的作用力；然后結(jié)合實際電網(wǎng)情況，解析了可再生的能源并網(wǎng)后對線損率的作用力，讓可再生的能源并網(wǎng)的規(guī)劃供應(yīng)了一定的建議。結(jié)論與展望6.1結(jié)論當(dāng)今社會愈來愈多的可再生能源并入電網(wǎng)，隨著大規(guī)模的并網(wǎng)后，原本的電網(wǎng)運行模式發(fā)生不小的改變，這樣對電網(wǎng)的網(wǎng)損控制研究有了新的要求，本人在借鑒前輩作品的基礎(chǔ)上，對高滲透率可再生能源接入電網(wǎng)后的網(wǎng)損控制研究做了部分工作，具體得出的結(jié)論如下所示：（1）高滲透率可再生能源需要有評價好壞的指標(biāo)，這就需要我們