学术︱主动配电网三相解耦潮流算法
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河海大学能源与电气学院、江苏省电力公司电力科学研究院、国电南瑞科技股份有限公司的研究人员杨雄、卫志农、孙国强等，在2016年第2期《电工技术学报》上撰文，随着主动配电网技术迅速发展，分布式电源（DG）规模化接入，传统配电网潮流算法难以满足主动配电网潮流计算的要求。针对这一情况，提出一种能高效处理多类型DG规模化接入和环网的主动配电网三相解耦潮流算法。
该算法基于序分量法和不对称线路三序解耦-补偿模型，结合主动配电网的特点和道路-回路分析法，详细推导PQ、PQ(V)、PV和PI节点类型DG规模化并网和无功补偿设备接入的潮流模型，采用三相解耦及并行计算，极大地提高算法计算速度和效率，节省内存空间，实现高效的主动配电网三相解耦潮流计算。通过IEEE 37、69和123母线测试系统验证了该算法的有效性、良好的收敛性以及较强的处理多类型DG规模化接入和环网的能力，且算法性能远优于传统算法。
主动配电网潮流计算是主动配电系统分析的一项重要内容，是对主动配电系统规划设计和运行方式的合理性、可靠性及经济性进行定量分析的重要依据。一方面，主动配电网一般是环形设计、闭环运行，在规划设计和运行分析计算时，需要计算闭环运行的弱环主动配电网三相潮流；另一方面，随着主动配电网技术和分布式发电技术迅速发展，越来越多分布式电源（Distributed Generation，DG）规模化接入配电网，给配电网的网络结构、功率损耗、电压分布和潮流计算产生了巨大的影响[1-6]，而且主动配电网技术对三相潮流计算的性能提出了更高的要求。因此，研究适合主动配电网发展要求的主动配电网三相潮流计算方法是非常必要的。
到目前为止，国内外学者已经进行了大量含DG的配电网潮流算法研究[7,8]，提出了很多算法。文献[9]提出了基于灵敏度补偿的配电网潮流计算方法，具有高效的DG处理能力。文献[10]提出了改进节点关联矩阵自乘的配电网潮流算法，对PV节点采用无功功率分摊原理的初值确定法，提高了算法的收敛速度。
文献[11]提出了含DG的基于网损灵敏度的配电网潮流算法，效率较高，但处理PV节点较麻烦。文献[12]提出了一种改进前推回代法，研究了各种类型DG在改进前推回代算法中的计算模型，但文献[9-12]均未计及配电网的三相不平衡情况和环网。文献[13]基于网络层次矩阵快速前推回代计算含DG的配电网潮流，但在处理PV节点时，收敛速度变慢，迭代次数剧增，且未计及三相不平衡情况。
文献[14]提出了基于牛顿法的能够处理各种DG的配电网三相潮流计算方法。文献[15]采用一种改进牛顿-拉夫逊法来计算含DG的配电网三相潮流。
文献[16]提出了基于分布式松弛母线模型的含DG三相不平衡潮流计算，但计算过程复杂。文献[17]基于前推回代法，提出了可处理PV和PQ节点模型DG的三相不平衡潮流计算，利用支路分层技术加快了潮流计算速度，但文献[15-17]均未考虑环网问题。
文献[18]基于正序分量推导了一种求解PV节点无功功率增量计算的新方法，并将其引入到弱环配电网三相潮流算法中，处理回路能力较强，但仅考虑了PV节点类型DG。文献[19]基于改进前推回代法提出了适用于含多种DG的弱环配电网三相潮流算法，取得了较好的效果，但PV节点和环网增多时，计算效率会显著降低。
因此，本文提出了一种能高效处理多类型DG规模化接入和环网的主动配电网三相解耦潮流计算方法。该方法首先基于序分量法[20,21]和不对称线路三序解耦补偿模型[22]，结合主动配电网的特点和道路回路分析法，详细地推导了PQ、PQ(V)、PV和PI节点类型DG规模化并网和无功补偿设备接入的潮流计算模型；然后，实现了一种高效的主动配电网三相解耦潮流算法；最后，利用IEEE 37、69和123母线测试系统验证了该算法的有效性和良好的收敛性。
图1 IEEE 37母线三相不平衡主动配电网
结论
本文提出了一种能高效处理多类型DG规模化接入和环网的主动配电网三相解耦潮流算法。该算法计算过程清晰，编程简单，容易实现，采用三序解耦及并行计算，极大地提高了算法的计算速度和效率，节省了内存空间，保留了面向支路的前推回代法计算速度快、收敛性稳定的优点。算法中对PQ、PQ(V)、PV和PI节点类型DG规模化并网和无功补偿设备接入的潮流计算模型进行了详细的公式推导，且容易编程实现，另外，通过算法比较测试显示本文算法的计算性能要远优于传统算法。
通过IEEE 37、69和123母线测试系统显示，采用所提算法对主动配电网进行三相潮流计算具有良好的收敛性、很强的多类型DG规模化接入和环网处理能力。另外，从计算结果可看出，DG并网及其输出有功功率和无功功率，可以减少系统线路上功率流动，而闭合环路可以改变主动配电系统的功率流向，缩小系统的电气距离，因此，DG并网和闭合环路都能改善系统各节点电压水平，并且环路闭合时潮流计算收敛更快。
另外，当接入以异步发电机的风机作为接口的PQ(V)型DG时，虽然该类型DG从系统中吸收无功功率，但均会安装无功补偿设备对其进行无功补偿，且尽量保证该风力发电机不从系统吸收无功功率。所以，与其他类型DG一样，都具有改善系统电压水平的作用。总的来说，随着增加DG接入和环路闭合的数量，电压水平会得到更好的改善。当然电压改善效果与DG安装的位置、有功和无功输出的多少以及环路的配置密切相关。
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