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摘要：针对分散式风电机组并网导致的配电网网损增加、电压稳定性降低等问题，文章提出一种分散式风电并网多点协调双层控制策略。首先，分析了分散式风电多点接入特性，研究分散式风电多点接入后的网损、电压分布和功率因数的关系，并提出最小网损和电压偏差为目标的双层优化控制策略。最后，基于IEEE-33节点进行仿真计算，结果表明，所提多点协调控制策略能够有效降低配电网网损和提升母线电压水平，增加系统的稳定性。与超前功率因数相比，滞后的功率因数能够增大风能消纳能力，提高供电可靠性，减少电压偏移水平。
关键词：分散式风电；无功功率；功率因数；网损；电压分布
1.分散式风电并网多点接入的协调特性分析
分散式风电场（Dispersed Wind Farms，DWF）并网能够有效解决风电消纳问题。与集中式风场并网方式不同，DWF通过多个汇集点接入变电站低压侧母线或T（Π）接入配网线路，并在相应电压等级母线范围内消纳，呈现为多点接入、就地消纳的特性。DWF接入配网电气拓扑如图1所示。DWF并网点位置靠近负荷侧，DWF距离配电网距离短，原则上不在该系统中增加动态的无功补偿装置，且风电固有的强不确定性及间歇波动性，也将直接影响配网电压和潮流。
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2.DWF风电功率波动对配网电压和网损影响
2.1分散式风电功率波动对配网电压的影响
DWF接入配电网后，电网结构呈现多电源特性，线路潮流变化和电压变化更复杂，假如线路上共有N个节点，每个节点对应负荷为
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+j
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（i=1，2，…，N），
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为线路始端电压维持不变，
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为节点i对应的电压，其等效电路如图2所示。
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与传统配电网相比，DWF功率的随机波动性，配电网各节点电压分布将更复杂。通过调节DWF的功率因数或无功功率，可以优化电压分布曲线，使节点电压偏差减小。当功率因数（Power Factor，PF）为正时，分散式风电场消耗无功功率，电压偏差恶化；当PF为负时，分散式风机利用自身并网变流器和电容发出无功，降低电网提供的无功输送，电压曲线有所优化。调节PF会造成分散式风电场注入过量无功功率，产生逆向潮流，配电网电压曲线恶化。
2.2分散式风电功率波动对配电网网损的影响
当DWF接入配电网后，电网系统总的有功功率
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和无功功率网损
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为：
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式中：
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为节点i有功功率；
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为节点j有功功率；
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为节点i无功功率；
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为节点j无功功率；
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为节点i电压；
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为节点j电压；
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为节点i和j间功角；
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为节点i和j间电阻；
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为节点i和j间电抗；
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为节点i从电网侧注入的有功功率；
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为节点i从电网侧注入的无功功率；Pei为节点i的DWF注入的有功功率；
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为节点i功率因数角。
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为节点i的负荷有功需求；
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为节点i的负荷无功需求。
随着DWF最大注入功率的增加，电网输送给负荷的功率逐渐减少，造成有功功率网损减少。当达到最小有功功率网损最小点后，继续增加风电机组有功功率，会引起逆向潮流，造成网损增加。如果并网的DWF功率不变，PF升高将导致有功功率增加，网损先减小后增加。配电网网损相对于风电机组注入功率和功率因数的影响关系曲线呈现抛物线特性。
3.分散式风电多点接入协调优化策略研究
3.1电压偏差的定义及特性
电压偏差是衡量系统稳定的重要指标，DWF多点并网时，接入点的电压偏差率
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为
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式中：
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为节点电压额定值。
在电力系统正常运行时，电压偏差程度与接入点到母线的距离有关，距离母线越近，电压偏差越小，距离母线越远，电压偏差越大。对于DWF多点接入情况，要考虑接入不同风机接入点的电压偏差，以及各接入点之间的协调运行问题。
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3.2分散式风电多点接入双层调控的优化策略
①考虑多点接入协调优化多目标函数的设定及求解策略
设定风电机组的功率因数恒定不变，外界的风速决定风电机组有功功率的输出，同时兼顾电压偏差的影响，得到分散式风电多点接入的多目标函数计算式为：
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式中：
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，
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为网损率和电压偏差率的权重系数，
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+
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=1。其中
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的取值与其电气距离有关，电气距离越大，接入点对应的偏差率越大。
综上所述，本文所提的多点接入协调策略的核心内容可总结为首先获得各接入条件下的网损值，再获得各网损条件下对应的电压偏差值，借助节点电气距离定义网损率和电压偏差率的权重系数，最终使得网损率和电压偏差率达到综合最小，对应的优化策略即为多点接入的协调优化策略。
②双层调控多点优化策略
DWF多点接入双层调控策略流程如图3所示。通过整定层和分配层的双层结构，先计算多目标函数的网损和电压偏差最优解，再确定各点接入容量和功率因数分配，最终实现DWF各并网点间的功率因数协同优化。
结语：
本文通过数学模型得出功率因数是DWF多点协调的关键因素，分析不同功率因数下DWF与配网电压偏差、网损的相互关系。仿真结果表明，所提的双层协调控策略能够有效降低配网网损和提升母线电压水平，增加系统稳定性，同时实现对风电接入位置的选取和最大容量的确定，实现了多点接入的协调运行。相对于超前功率因数，滞后功率因数可增大风能消纳能力，降低电压偏移水平。
参考文献：
[1]刘斯伟，李庚银，周明.双馈风电机组对并网电力系统暂态稳定性的影响模式分析[J].电网技术，2016，40（2）：145-150.
[2]刘昊，王玮，崔嘉.分散式风电多点接入协调优化控制策略[J].可再生能源，2020.