【电压和电压稳定指数研究】带多台配电发电机（DG）的径向配电系统研究【IEEE33节点】附Matlab代码

最新推荐文章于 2025-07-08 16:44:39 发布

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🔥 内容介绍

本研究采用广泛应用于配电系统研究的IEEE 33节点径向配电系统作为研究对象。该系统由33个节点和32条支路组成，变电站位于节点1，其余节点为负荷节点。系统具有典型的径向结构，负荷类型为复合负荷（有功和无功负荷）。系统的详细参数，包括线路阻抗、节点负荷等，均采用标准的IEEE 33节点系统参数。

图2.1 IEEE 33节点径向配电系统拓扑图

（此处应插入IEEE 33节点系统拓扑图）

2.2 分布式发电机（DG）模型

DG的数学模型取决于DG的类型和控制策略。在本研究中，考虑到不同DG的特性，我们考虑两种典型的DG模型：

P-V模型： 这类DG可以控制其有功功率输出和并网点电压幅值。常见的P-V型DG包括同步发电机、带有特定控制策略的逆变器型DG等。在潮流计算中，P-V节点被视为发电机节点，其有功出力P和电压幅值V已知，需要计算其无功出力Q和电压相角δ。
P-Q模型： 这类DG可以控制其有功功率输出和无功功率输出。常见的P-Q型DG包括一些以恒定功率输出运行的DG。在潮流计算中，P-Q节点被视为负荷节点（发出功率为负值），其有功出力P和无功出力Q已知，需要计算其电压幅值V和相角δ。

在本研究中，我们将根据不同的仿真场景选择合适的DG模型。对于多台DG的仿真，我们将考虑不同类型DG的组合接入。

2.3 潮流计算方法

为了分析含DG系统的电压分布和功率潮流，需要进行潮流计算。对于径向配电系统，常用的潮流计算方法包括前推回代法、牛顿-拉夫逊法等。考虑到径向系统的特殊性以及计算效率，本研究将主要采用前推回代法进行潮流计算。

前推回代法是一种适用于径向或弱环网系统的迭代计算方法。它分为两个步骤：

前推（Forward Sweep）：
从变电站（节点1）开始，根据各节点的注入功率和线路阻抗，计算各节点末端的电流。
回代（Backward Sweep）：
从最末端节点开始，根据支路电流和线路阻抗，计算各节点的电压。

通过迭代计算，直到节点电压和功率达到收敛精度为止。

2.4 电压稳定指数

电压稳定指数是评估系统电压稳定裕度的一种常用工具。它通过量化节点的电压状态或潮流特性来反映系统接近电压崩溃点的程度。指数值通常介于0到1之间，0表示系统运行在稳定状态，1表示系统处于电压崩溃边缘。指数值越接近1，表示系统的电压稳定裕度越小。

本研究将采用L指数作为主要的电压稳定指数进行分析。L指数基于潮流计算结果，对于某个节点i，其L指数定义为：

𝐿𝑖=∣1−∑𝑗∈𝛼𝑌𝑖𝑗𝑉𝑗𝑌𝑖𝑖𝑉𝑖∣Li=∣1−YiiVi∑j∈αYijVj∣

其中，𝑌𝑖𝑗Yij是节点导纳矩阵的元素，𝑉𝑖Vi和𝑉𝑗Vj分别是节点i和节点j的电压相量，𝛼α是与节点i连接的所有节点的集合。对于整个系统，系统电压稳定指数通常取所有节点L指数的最大值：

𝐿𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚=max⁡(𝐿𝑖)Lsystem=max(Li)

L指数的计算简便，且对于径向系统具有较好的适用性。通过计算不同DG接入场景下的L指数，可以直观地比较系统电压稳定裕度的变化。

第三章仿真设置与结果分析

本章将详细介绍不同DG接入场景的仿真设置，并对潮流计算和电压稳定指数的计算结果进行分析。

3.1 基准场景设置

为了进行对比分析，首先建立没有DG接入的基准场景。在基准场景下，对IEEE 33节点系统进行潮流计算，获取各节点的电压幅值、相角以及系统的功率潮流分布。计算并记录各节点的L指数以及系统最大L指数。

3.2 单台DG接入场景

研究单台DG接入对系统电压和电压稳定性的影响，考察DG接入位置和容量的影响。

DG位置的影响：
选择不同的节点（如靠近变电站的节点、中段节点、远端节点）接入一台固定容量和类型的DG，比较不同位置对系统电压分布和电压稳定指数的影响。
DG容量的影响：
在一个固定位置接入不同容量的DG，分析DG容量变化对系统电压和电压稳定性的影响。

假设DG为P-Q模型，恒定有功出力和零无功出力。通过仿真计算，比较不同场景下节点的电压剖面图、电压偏差以及系统最大L指数。

3.3 多台DG接入场景

研究多台DG协同运行对系统电压和电压稳定性的影响，考察DG数量、位置组合和类型组合的影响。

多台同类型DG接入：
选择不同数量（如2台、3台）的同类型DG（如均为P-Q模型）接入到不同的节点，分析其共同作用下系统电压分布和电压稳定性的变化。考察不同位置组合对结果的影响。
多台不同类型DG接入：
选择不同数量的P-Q型和P-V型DG接入到系统中，分析不同类型DG的协同运行对系统电压和电压稳定性的影响。
多台DG容量组合的影响：
在固定位置接入多台DG，改变其容量组合，分析对系统电压和电压稳定性的影响。

通过仿真计算，比较不同场景下节点的电压剖面图、电压偏差以及系统最大L指数。

3.4 DG控制模式对结果的影响

研究DG的控制模式对系统电压和电压稳定性的影响。例如，对于P-V型DG，可以控制其并网点电压幅值，这将直接影响局部电压。对于P-Q型DG，其无功出力设定将影响系统电压水平。

P-V型DG控制：
设定P-V型DG的控制电压幅值，分析其对系统电压和电压稳定性的影响。
P-Q型DG无功出力调整：
对于P-Q型DG，研究通过调整其无功出力来支持或抑制电压的影响。

通过仿真计算，比较不同控制模式下系统的电压分布和电压稳定指数。

第四章结果讨论与分析

本章将对第三章的仿真结果进行深入的讨论和分析。

4.1 DG接入对电压分布的影响分析

分析DG接入如何改变传统的径向电压剖面，使得靠近DG并网点及附近的电压抬升，甚至可能出现电压越限现象。
讨论DG接入位置对电压改善效果的影响。通常情况下，DG接入在负荷中心或远离变电站的节点更有利于改善电压。
分析DG容量对电压抬升程度的影响。DG容量越大，电压抬升越明显。
比较不同类型DG对电压分布的影响差异。P-V型DG由于可以控制并网点电压，对局部电压的支持作用更强。
分析多台DG接入时的相互影响。多台DG同时出力可能加剧电压抬升或波动。

4.2 DG接入对电压稳定性指数的影响分析

分析DG接入对系统电压稳定裕度的影响。DG的接入既可能改善系统电压，降低线损，从而提高电压稳定裕度；也可能改变系统潮流分布，尤其是在高渗透率情况下，可能降低系统的电压稳定裕度。
讨论DG接入位置对电压稳定裕度的影响。靠近负荷中心的DG可能更有利于提高系统的电压稳定裕度。
分析DG容量对电压稳定裕度的影响。适度的DG容量有助于提高电压稳定裕度，但过大的DG容量可能降低裕度。
比较不同类型DG对电压稳定性的影响差异。具有无功调节能力的P-V型DG或P-Q型DG通过提供无功支持，可以有效提高系统电压稳定裕度。
分析多台DG接入对系统整体电压稳定性的影响。多台DG的协同运行可能增加系统的复杂性，需要考虑它们之间的相互作用对系统整体稳定性的影响。

4.3 电压越限问题与电压控制

讨论DG接入可能导致的电压越限问题，并分析导致电压越限的主要原因（如低负荷、高DG出力、线路阻抗大等）。
探讨如何通过优化DG的接入方案（位置、容量）来避免或减轻电压越限。
讨论基于DG自身控制能力的电压控制策略，例如P-V型DG的电压控制模式，以及P-Q型DG的无功出力调节。
简要介绍其他电压控制手段（如无功补偿装置、变压器有载调压）与DG协同控制的可能性。

4.4 基于电压稳定指数的DG接入评估与规划建议

讨论如何利用电压稳定指数来评估不同DG接入方案的优劣。
提出基于电压稳定指数的DG接入规划建议，例如选择能够有效降低最大L指数的接入位置和容量组合。
讨论如何将电压稳定指数作为多台DG协调控制的参考指标，以维持系统的电压稳定运行。

第五章结论与展望

5.1 结论

本研究通过对含多台DG的IEEE 33节点径向配电系统的仿真研究，得出以下主要结论：

DG的接入显著改变了径向配电系统的电压分布，合理的位置和容量选择能够有效改善电压剖面，降低远端节点的电压跌落，但同时也存在电压抬升甚至越限的风险。
DG的接入对系统电压稳定裕度具有双重影响。在一定条件下，DG可以通过改善电压分布和降低线损来提高电压稳定裕度；然而，在高渗透率和不合理规划的情况下，DG也可能改变系统的潮流特性，导致电压稳定裕度降低。
DG的接入位置对系统电压分布和电压稳定性的影响具有显著的敏感性。将DG接入在靠近负荷中心或远端节点通常更有利于改善电压和提高电压稳定裕度。
DG的类型和控制模式对其对系统电压和电压稳定性的影响至关重要。具备无功调节能力的DG（如P-V型或可控无功出力的P-Q型）能够更有效地支持系统电压并提高电压稳定裕度。
多台DG的协同运行使得系统运行更加复杂，其对电压和电压稳定性的综合影响取决于DG的数量、位置、容量、类型以及它们之间的相互作用。合理规划多台DG的接入方案和协调控制策略对于维持系统安全稳定运行至关重要。
电压稳定指数（如L指数）是评估含DG配电系统电压稳定性的有效工具，其计算结果能够直观地反映系统接近电压崩溃点的程度，为DG的规划和运行控制提供参考。

5.2 展望

本研究为含多台DG的径向配电系统的电压和电压稳定性研究提供了一定的理论和技术支持，但也存在一些局限性，可以进一步深入研究以下方面：