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含分布式电源的大规模配电网快速潮流计算：方法创新与应用探索

一、引言

1.1研究背景与意义

随着全球能源需求的不断增长和环境问题的日益突出，分布式电源（DistributedGeneration,DG）作为一种高效、清洁的能源利用方式，在电力系统中的应用越来越广泛。分布式电源通常指功率较小（一般在数千瓦至数十兆瓦之间）、靠近用户端安装的发电装置，如太阳能光伏发电、风力发电、微型燃气轮机、燃料电池等。这些电源能够将可再生能源或其他清洁能源转换为电能，直接为附近的用户供电，或者接入配电网，与传统的集中式发电系统协同运行。

分布式电源的发展现状呈现出蓬勃的态势。国际可再生能源署发布的《2022年可再生能源发电量统计报告》显示，全球风力、光伏发电装机分别达到825GW、849GW，其在能源结构中的占比不断攀升。在我国，分布式能源同样发展迅猛，国家政策大力支持可再生能源的开发利用，分布式电源的装机容量持续快速增长。以分布式光伏为例，众多城市的工业园区、商业建筑和居民屋顶纷纷安装光伏发电设备，有效提高了能源的自给率，减少了对传统化石能源的依赖。

分布式电源的接入对配电网潮流计算产生了深远的影响，使其变得更为复杂且至关重要。在传统的配电网中，潮流计算主要基于单电源辐射状网络结构，功率流向通常是从变电站单向流向用户。然而，分布式电源的接入打破了这种传统模式，配电网转变为多电源网络，功率流向变得双向且不确定。分布式电源的出力特性受到自然条件（如光照强度、风速等）和负荷变化的影响，具有较强的随机性和间歇性，这进一步增加了潮流计算的难度和不确定性。准确的潮流计算是评估配电网运行状态的基础，对于分析分布式电源接入后配电网的电压分布、网损变化、功率平衡等方面起着关键作用。只有通过精确的潮流计算，才能深入了解分布式电源对配电网的影响，为后续的电网规划、运行控制和优化调度提供可靠依据。

从电力系统运行的角度来看，分布式电源的接入对电力系统的稳定性、电能质量和可靠性产生了多方面的影响。在稳定性方面，分布式电源的出力波动可能导致系统频率和电压的不稳定，尤其是在大规模接入且缺乏有效控制的情况下，可能引发系统振荡甚至崩溃。在电能质量方面，分布式电源中的电力电子设备会产生谐波，注入电网后可能造成电压畸变，影响电气设备的正常运行。在可靠性方面，分布式电源的接入可以在一定程度上提高局部地区的供电可靠性，当大电网发生故障时，部分分布式电源可以孤岛运行，继续为重要用户供电。但如果分布式电源的控制和保护策略不当，也可能对整个电力系统的可靠性产生负面影响。因此，深入研究分布式电源接入后的电力系统运行特性，通过合理的潮流计算和控制策略，充分发挥分布式电源的优势，降低其负面影响，对于保障电力系统的安全、稳定、经济运行具有重要意义。

在电力系统规划方面，分布式电源的广泛应用改变了传统的电网规划模式。传统的电网规划主要侧重于集中式电源和输电网络的建设，而分布式电源的接入使得配电网的规划变得更加复杂。在进行电网规划时，需要充分考虑分布式电源的位置、容量、出力特性以及与配电网的相互作用。准确的潮流计算可以为分布式电源的选址定容提供依据，通过优化分布式电源的配置，使电网的建设和运行成本最小化，同时提高电网的供电能力和可靠性。潮流计算结果还可以用于评估不同规划方案下电网的运行性能，帮助规划人员选择最优的规划方案，以适应分布式电源大规模接入的发展趋势，实现电力系统的可持续发展。

1.2国内外研究现状

在分布式电源接入配电网的潮流计算领域，国内外学者开展了广泛而深入的研究，取得了一系列重要成果，同时也面临着一些亟待解决的问题。

国外对分布式电源接入配电网潮流计算的研究起步较早。早期，研究主要集中在对分布式电源的建模及其在潮流算法中的处理方法上。针对辐射状配电系统，部分学者应用前推回代法求解潮流，将系统中分布式发电模拟成PV节点，并应用PV节点敏感性矩阵来消除电压幅值的偏差。随着研究的深入，为解决实时性潮流计算问题，Dariush等人提出了一种初等配电系统三相潮流计算的实时解析法，该方法基于补偿法的弱环网潮流计算法直接扩展，加重了对分布式发电的控制，其中补偿法的理念能较成功地减少PV节点的电压幅值误差，使该方法能较好地适应部分含有分布式发电的初等配电系统。

国内相关研究近年来发展迅速。王成山、郑海峰等人提出了适用于风力发电、太阳能发电等随机发电模型的随机潮流计算方法，运用概率统计方法处理系统运行中的随机变化因素，给出系统运行电压、支路潮流等概率分布情况，为系统安全运行决策提供更完整的信息。还有学者对DG与电网互联的3种常见接口形式进行介绍，研究异步发电机、无励磁调节能力的同步发电机和燃料电池等几种典型DG的运行方式和控制特性，建立各自在潮流