姚志遠 王宇

摘 要：在全球暖化（GlobalWarming）議題及環(huán)保壓力下，促使再生能源發(fā)電的比列必須提高以減少采用碳基燃料（Carbon-BasedFuels）為主的火力發(fā)電。因此，電力公司在面對電力供應(yīng)的高品質(zhì)以及減少環(huán)境污染的要求下，必須從系統(tǒng)運轉(zhuǎn)及管理等方面著手方可達成上述目標。本文首先針對各國微型電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)況進行相關(guān)探討，藉以了解微型電網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)、運轉(zhuǎn)方式與未來發(fā)展趨勢，并選定該文所欲探討分析之低壓微型電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)；此外，就目前常見且可行之三相電力潮流分析方法與技巧中，擇一穩(wěn)定性高、收斂性佳的方法，在Matlab環(huán)境下撰寫程序，以作為后續(xù)應(yīng)用模擬分析所需之工具。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng) 系統(tǒng) 架構(gòu) 方法

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（b）-0043-01

1 微型電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)況

微型電網(wǎng)整合分布式發(fā)電系統(tǒng)與儲能組件于配電系統(tǒng)所形成之新的電力系統(tǒng)型態(tài)，可以并入大型電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)或獨里自主運轉(zhuǎn)。目前，歐美與日本等先進國家，在微型電網(wǎng)的發(fā)展上皆屬領(lǐng)先的地位，茲就其發(fā)展現(xiàn)況詳述如下：

對于發(fā)展微型電網(wǎng)的概念與微型電網(wǎng)電源控制和建置示范系統(tǒng)之研究計劃與論文，如微型電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)概念[1]，在文獻中，也對于實功率與虛功率之控制、電壓調(diào)整策略、電力電子式之電源轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計、微型電源間功率分擔(dān)、和應(yīng)用靜態(tài)開關(guān)（StaticSwitch）做運轉(zhuǎn)模式切換等研究不管在理論上或?qū)崉?wù)上都有許多的貢獻。

另外，由N.Hatziargyriou，H.Asano等人所發(fā)表之“MicroGrids”中[1]，將目前在歐美、日本和加拿大正進行的微型電網(wǎng)的研究、發(fā)展及示范系統(tǒng)做一綜合探討，在文中提到歐盟所資助的微型電網(wǎng)的兩個主要研究計劃。

第一個的計劃（1998-2002）主題為“MicroGrids：LargeScaleIntegrationofMicro-GenerationtoLowVoltageGrids”，該計劃已順利完成相關(guān)研究工作，如ISET參與此研究所建構(gòu)的微型電網(wǎng)實驗室[1]。

第二個計劃（2002-2006）主題為“MoreMicroGrids：AdvancedArchitecturesandControlConceptsforMoreMicrogrids”，該計劃主要以實務(wù)性質(zhì)為主，并分別在歐盟各示范點建置示范系統(tǒng)，的微型電網(wǎng)。

綜觀以上各國對微型電網(wǎng)的研究可使該文了解目前所要面對的問題與未來極需解決的問題及對環(huán)境所造成的影響。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

該文的研究乃以低壓微型電網(wǎng)為主，首要的任務(wù)為系統(tǒng)架構(gòu)的規(guī)劃與設(shè)計，由于各國電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施不盡相同，因此既有的配電系統(tǒng)型態(tài)再經(jīng)整合分布式資源后自然形成各種不同型態(tài)的微型電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)，綜觀相關(guān)文獻所提的系統(tǒng)架構(gòu)后決定以歐盟微型電網(wǎng)計劃“ENK5-CT-2002-00610”設(shè)計的交流低壓400 V微型電網(wǎng)作為模擬、分析的標的系統(tǒng)。

分布式資源并入微型電網(wǎng)前后的系統(tǒng)架構(gòu)是由一臺額定容量400 kVA、高壓側(cè)電壓20 kV、低壓側(cè)電壓0.4 kV、頻率50 Hz的配電變壓器，以及包括太陽能電池、燃料電池、蓄電池、風(fēng)力發(fā)電機、微渦輪機等分散型資源所組成，因此非常適合本論文所欲研究探討的議題「低壓微型電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)研究」，是故，該文將以此系統(tǒng)為基礎(chǔ)進行相關(guān)模擬與分析。

3 系統(tǒng)參數(shù)

本節(jié)主要的目的在介紹微型電網(wǎng)執(zhí)行連續(xù)三相電力潮流程序時必須準備的相關(guān)資源與系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，經(jīng)整理后可得微型電網(wǎng)系統(tǒng)單線圖，該系統(tǒng)包含高低壓側(cè)共有14個母線，線路長度最長處為345 m（自Bus1至Bus10），其中Bus1設(shè)定為搖擺母線（SwingBus），其余Bus8（住宅類）、Bus9（住宅類）、Bus10（工業(yè)類）、Bus12（商業(yè)類）及Bus13（住宅類）為負載母線；另外，分布式資源并入的母線分別為Bus14（30 kW蓄電池組儲能系統(tǒng)）、Bus9（10 kW太陽能發(fā)電系統(tǒng)、10 kW風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)）、Bus10（10 kW燃料電池發(fā)電系統(tǒng)）、Bus12（30 kW微渦輪機發(fā)電系統(tǒng)）及Bus13（3 kW太陽能發(fā)電系統(tǒng)）。

（1）配電變壓器資料。

該系統(tǒng)的配電變壓器相關(guān)參數(shù)資料，其額定容量為400 kVA、高低壓側(cè)額定電壓分別為20 kV/0.4 kV、標么電抗及電阻值分別為0.04pu及0.01pu。

（2）負載資源。

各負載母線上的住宅類、工業(yè)類與商業(yè)類典型日負載曲線，各負載母線的尖峰（最大）負載量，將上述各類負載曲線及其尖峰負載量二者結(jié)合，即可繪制出各負載母線的實功及虛功日負載曲線[2]。

（3）線路阻抗資料。

導(dǎo)線規(guī)格及其對應(yīng)的單位長度阻抗資源，所列的阻抗奧姆值將在系統(tǒng)統(tǒng)一基準值條件下標么化。

4 組件數(shù)學(xué)模型

舉凡組成微型電網(wǎng)的分布式資源、導(dǎo)線、配電變壓器、電電容器與負載等設(shè)施均為執(zhí)行電力潮流所需的電路元件，上述組件在電力潮流分析過程中皆必須以適合的數(shù)學(xué)模型表示方可反應(yīng)該組件的實際物理特性。茲就相關(guān)組件模型分述如下：

（1）分布式資源模型。

該文所探討的低壓微型電網(wǎng)中共整合微型發(fā)電系統(tǒng)及儲能系統(tǒng)二大類，其中蓄電池組儲能系統(tǒng)僅作為系統(tǒng)轉(zhuǎn)態(tài)時支撐系統(tǒng)電壓的用，亦即系統(tǒng)由并網(wǎng)運轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)。為維持瞬時電壓穩(wěn)定的功能，因此，在穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)分析時不納入電力調(diào)度輸出功率的考量中，是故，執(zhí)行電力潮流分析時僅就微型發(fā)電系統(tǒng)部分進行電力調(diào)度。一般而言，此一微型發(fā)電系統(tǒng)可依其特性與控制方式將其設(shè)定為輸出固定功率因數(shù)與功率，因此，部分文獻中將其視為定實功率-虛功率模型和定實功率-電壓模型，就分析技術(shù)層面而言，各有其優(yōu)缺點，本論文將其視為定實功率-虛功率模型[3]。

（2）導(dǎo)線模型。

該文的導(dǎo)線模型皆以型等效電力模型表示[3]。其中，對串聯(lián)阻抗而言，原始三相四線式線路模型所示，將原始串聯(lián)阻抗矩陣以克隆降階法降階，即可求得隱含中性線或接地線效應(yīng)的三相線路等效模型，其原始導(dǎo)納矩陣，降階后的三相線路等效模型的母線組件關(guān)聯(lián)矩陣，并利用推導(dǎo)公式[3]求出將三相線路解耦合后，即可得到的三相線路解耦合等效模型.

參考文獻

[1]黃莉，衛(wèi)志農(nóng)，韋延方，等.智能用電互動體系和運營模式研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013（8）：2230-2237.

[2]易錦，羅峋，凹建勛，等.基于馬爾科夫鏈的軟件故障分類預(yù)測模型[J]. 中國科學(xué)院大學(xué)學(xué)報，2013（4）：562-567.

[3]李士動，施泉生.智能電網(wǎng)下需求響應(yīng)與可中斷負荷研究[J].中國電力教育，2013（20）：202-204.