引言：
科学技术的进步对配电系统的要求越来越高。如果出现故障将给生产造成巨大的经济损失。近几年西方各国逐渐在配电网中发展分布式电源（Distributed Generation，DG）以发挥其独有的环保性、经济性，全球电力工业出现由传统的集中供电模式向集中和分散相结合的供电模式过渡的趋势。
1背景介绍
智能配电指的是通过配电网高级自动化技术，对先进的测量与传感技术、控制技术、信息以及通信等技术等进行综合应用与融合，同时，将智能化的开关技术、配电终端技术等应用其中，最终实现配电网在正常工作状态下，能够得到更加完善的监测、保护与控制和优化，更为重要的是，它还能保证非正常运行状态下电网的自愈控制。作为电力系统到用户的最后一环，配电系统和用户之间的关系是最为紧密的，系统效率的高低将会对用户产生直接的影响。运用数学分析工具与高端的预测技术，基于配电网物理结构与电网运行情况，最终实现配电网的精确状态估计于实时优化工作，然后预测配电网潜在发生事件，并且为系统运行工作人员带来更好的辅助决策建议与便捷决策服务，从而达到配电网自愈的目的。
2配电网综合建模方法
配电网综合仿真是需要具有支持所有配电系统稳态分析和支持以满足未来电网需求的新类型分析功能。为了实现这个目的，配电网综合建模一般将所有元件分为四大类：功率转换元件（Power Conversion Elements，简称PC元件）、功率传输元件（Power Delivery Elements，简称PD元件）、控制元件（Controls）、测量元件（Meters）。
功率转换元件包括：电压源、负荷、电流源、发电机、光伏系统（PV System）和储能装置等等；功率传输元件包括：线路、变压器、电抗器和电容器等等；控制元件包括：发电机有功调度、电压无功控制、调压器、电容组控制、开关控制、储能装置控制、保护、重合闸与熔断器等等；测量元件包括：传感器、监视器与智能表计等等。利用这些模型元件，可以构建不同的的系统结构，实现各种各样的控制策略。
2.1 线路
配电网线路长度比输电线路要短，线路分支比较多，电压等级一般较低，而且配电线的线路直径比输电网的细，这些因素导致了配电网的电阻与电抗的比值R/X 比较大（一般 R、X 的比值介于 1～3 之间）。由于配电网中线路电阻与电抗相差不大或大于电抗，在配电网计算中必须计及线路电阻的影响。由于配电线路一般比较短，在大多数情况下可以忽略配电线路的对地并联导纳，但是对于一次配电系统中的地下电缆和较长的辐射型线路，对地并联导纳不能忽略。
2.2 变压器
变压器在配电系统中最重要的元件之一，由于配电系统固有的三相不平衡性，传统输电网采用的单相模型已经不再适用于配电系统中。建立详细的变压器三相模型，对于三相不平衡的潮流计算和短路电流计算是非常关键的，它直接关系到计算结果的合理性。三角/星接地型降压变压器电压、电流关系图如下：
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2.3 负荷
配电负荷可以接成接地星形或不接地角形的三相平衡或不平衡负荷。在稳态仿真中，负荷作为一端口的电能转换元件可化为诺顿等效电路处理，包含具有线性特性的导纳和一个理想电流源，如图2-3所示。Iinj与流入导纳的电流IY的差值，如下面公式所示。针对不同的负荷类型，需要根据负荷的节点电压以及给定功率等参数计算等效模型中的导纳和理想电流源的注入电流值。
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其他一些常规元件，如电抗器、电容器等，可采用与线路类似的方法进行建模，其等效电路可根据自身参数直接计算得到。
2.4 功率转换元件建模
功率转换元件(power conversion elements．PC元件)包括电压源、负荷、发电机、分布式电源与储能系统等．实现电能和其他形式能量之间的转换，采用诺顿等效模型与电网进行接口相建模时，需要考虑元件的连接方式(星接或角接)，模型结构如图2-4所示：
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2.5 控制测量元件建模
控制元件的功率包括发电机有功调度．电压无功控制，调压器及电容器控制、开关控制、储能装置控制、保护、重合闸与熔断器控制等，主要用于对系统的PC和PD元件进行调节和控制．该类元件并不直接参与系统的潮流求解。
测量元件包括传感器、监视器与智能表计等．主要用于对系统运行状况的检测和系统物理量的测量．不直接参与系统的潮流求解。
2.6 风力发电模型
风力资源来源于太阳辐射不均匀照成地表产生温度差和气压差。风力用之不尽取之不竭，是可再生能源也是国家鼓励发展的新能源之一。
风力发电技术的基本原理是:
由于风速具有明显的随机性和间歇性,风速分布曲线是风能资源计算的基础,风力发电的并网对电力系统潮流的分布影响,根据统计规律分析,风电场风速符合威布尔Weibull分布；
其中，v为风速(m/s)，为威布尔函数，k和c分别为威布尔形状系数和尺度系数。这样,通过得到的风频特性的数学模型,从而可以对风电场风能资源进行分析。风力发电机组的选型及是否并网的理论根据风能的功率与风速大小，叶片受风面积等因素有关，其功率表达式为：
2.7 并网光伏发电系统
光伏发电系统的主流发展趋势是并网光伏发电系统,它是太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶段，成为电力工业组成部分之一的重要方向,该系统在国内已步入大规模发电阶段，是当今光伏发电的发展潮流。并网光伏发电系统是将太阳能电池发出的直流电逆变成交流，通过与电力网并联运行，由于该系统所发电直接进入电网，省掉了储能的蓄电池组，因而可使其成本下降18%左右，意图如图所示。
2.8 混合型光伏发电系统
混合型光伏发电系统是在系统中增加一台备用发电机组，当光伏阵列发电不足或蓄电池容量不足时启用备用发电机组，它既能直接给交流负载供电，又可以经整流后给蓄电池，补充充电，混合型系统也可以由两种可再生能源发电技术混合，最常见的是风光互补系统示意图如图所示。
3 配电网仿真方法
3.1 仿真计算
3.1.1 仿真计算功能
配电网的电气元件主要包括线路、变压器等一次设备以及控制、测量、保护等二次设备，考虑到分布式电源接人后．配电网还需要对光伏、风机、储能装置等新型设备进行建模。
3.1.2 其他仿真分析功能
基于快速潮流计算功能．
(1)运行潮流分析。电力系统负荷的随机性很大，各种发电装置的发电功率以及储能装置的充放电功率也具有一定的波动性和随机性．
(2)随机潮流分析。采用了蒙特卡洛模拟法，给出系统运行电压、支路潮流的概率分布情况，可以更深刻地揭示系统运行状况、存在问题与薄弱环节，为规划与运行决策提供更完整的信息。
(3)短路计算。进行短路计算时．将短路故障等效元件用1个导纳矩阵来表示．其处理方法与PD元件类似。
3.2 快速潮流计算
目前常用的为2种迭代算法：一般迭代算法和牛顿迭代算法。一般迭代算法具有较好的收敛速度和收敛特性．对于常规系统均能可靠求解．而在系统网络异常(如系统负荷较重、非线性元件较多)时，可以采用牛顿迭代法来确保系统潮流的可靠求解。
3.2.1 一般迭代算法
如图3-1所示．系统元件的线性部分以导纳的形式表示．非线性部分以注入电流的形式表示．在系统的迭代求解过程中根据不断修正的节点电压来重新计算各个元件的注入电流．直到迭代误差在允许范围内或迭代次数超过最大允许迭代次数为止。
3.2.2 牛顿迭代算法
牛顿迭代算法采用电流表达形式．其雅克比矩阵与节点导纳矩阵相同．省去了功率表达形式下雅克比矩阵的复杂计算。
牛顿迭代算法实现流程：
S1：确定各个元件的节点电压初值；
S2：形成系统导纳矩阵，分为PC和PD元件两种，并在此基础上得到牛顿法所需要的雅克比矩阵J（此时与Y相同）；
S3：根据流入系统各个元件的端子电流，计算各个节点的注入电流差值（潮流解应该使系统所有节点都满足KCL定律，因此与同一个节点相连的所有元件的端子电流之和应该为零，在迭代过程中，该值会有偏差，这里称为节点的注入电流差值）；
S4：求解矩阵方程，电压差值，并修正系统节点电压；
S5：判断是否迭代收敛，如果收敛则停止迭代输出计算结果，否则回到S3，直到达到系统设定的最大允许迭代次数为止，输出显示系统求解失败。
牛顿法的突出优点是收敛速度快，若算法收敛，牛顿潮流具有平方收敛特性，即迭代误差按平方的速率减小，一般迭代4~6次便可得到很精确的解，且迭代次数与电网规模的大小基本无关。牛顿法的缺点是每次迭代需要重新计算雅克比矩阵，计算量较大法在实际应用中会遇到计算不收敛或实际上不能运行解的情况，例如，节点电压过低、网络负荷过重或局部区域无功不足等。
3 总结与展望
随着现代电力系统由大机组集中发电的模式向集中发电与分布式发电相结合的模式转变，分布式电源对配电网影响的研究变得越来越重要。
本文先介绍了配电网建模的模型结构、模型处理方式以及基本功能。然后介绍了配电网元件模型。最后介绍了仿真计算方法。得出如下结论：
（1）分布式电源的接入使得系统的随机特性更加明显，为了实时地对电网进行检测，面向不同的仿真应用场景需要进一步考虑不同的潮流计算模式。
（2）分布式电源的接入会使节点电压提升，此时传统的调压方式具有一定的局限性，可能需要储能装备去平滑功率进而改变了节点电压，使节点电压恢复到合理范围内。
（3）与传统配电网相比，新能源的接入，使得故障发生时的网络状态更加复杂。
分布式电源现在仍旧处于初期阶段，随着我们的研究与创新，相信它一定会给我们生活带来更多的保障与方便。
参考文献
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