李亞玲，韋 磊，趙景濤，安 覓，王前雙

(1.國家電網(wǎng)南瑞科技股份有限公司，江蘇南京210009；2.江蘇省電力公司南京供電公司，江蘇南京210019；3.南京工業(yè)大學電氣與自動化學院，江蘇南京211816)

分布式光伏并網(wǎng)對配電網(wǎng)電壓的影響

李亞玲1，韋 磊2，趙景濤1，安 覓3，王前雙1

(1.國家電網(wǎng)南瑞科技股份有限公司，江蘇南京210009；2.江蘇省電力公司南京供電公司，江蘇南京210019；3.南京工業(yè)大學電氣與自動化學院，江蘇南京211816)

分布式發(fā)電以其經(jīng)濟、環(huán)保的優(yōu)勢在飛速發(fā)展，其中分布式光伏電源發(fā)展最為迅速。分布式光伏接入配電網(wǎng)，具有很大的隨機性，對配電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量、短路電流、電網(wǎng)損耗、諧波等方面產(chǎn)生顯著影響，重點分析對配電網(wǎng)電壓的影響。通過理論分析分布式光伏接入點的位置、光伏接入容量以及饋線長度對配電網(wǎng)電壓的影響，并通過仿真驗證其成正比關(guān)系，最后提出解決對策，有利于深入研究分布式光伏接入對配電網(wǎng)的影響。

分布式發(fā)電；分布式光伏；并網(wǎng)；配電網(wǎng)電壓

隨著可再生能源等技術(shù)的快速發(fā)展，分布式發(fā)電技術(shù)得到了越來越多的重視。分布式電源一般接入中、低壓配電系統(tǒng)，它可以有效地彌補大規(guī)模集中發(fā)電和輸電的不足，并且具有節(jié)能環(huán)保、高可靠性、改善供電質(zhì)量、在短時間內(nèi)可以有效解決電力短缺等優(yōu)點。分布式電源有很多種，其中分布式光伏發(fā)電技術(shù)進步很快，其并網(wǎng)對配電系統(tǒng)的影響成為近年來的研究熱點[1]。分布式光伏接入電網(wǎng)，首當其沖地改變了配電網(wǎng)的潮流分布，甚至改變了配電網(wǎng)的潮流方向，這種潮流的變化影響著配電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)電壓分布。一方面，分布式光伏的合理配置對配電網(wǎng)的電壓具有支撐作用；另一方面，分布式光伏的無約束運行可能導致配電網(wǎng)某些節(jié)點出現(xiàn)過電壓或嚴重電壓波動[2]。本文主要分析分布式光伏接入對配電網(wǎng)電壓的影響，從電壓質(zhì)量方面探討分布式光伏的接入容量與解決方案。

1 分布式光伏接入對配電網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響與要求

1.1 配電網(wǎng)絡(luò)與分布式光伏

配電系統(tǒng)的主接線方式主要有單電源樹干式接線、單電源輻射式接線和雙電源手拉手環(huán)網(wǎng)接線，并且環(huán)網(wǎng)接線方式又常常工作在開環(huán)狀態(tài)。所以，在任一種正常運行情況下，配電網(wǎng)的接線方式都可以被認為是單電源輻射式接線。由于較短的饋線長度和較低的電壓等級，在配電網(wǎng)中只考慮線路分布電抗和分布電阻，不考慮對地分布電容以及三相間線路的互感。

配電網(wǎng)母線側(cè)的連線方式比較繁瑣，由配電母線供電的負荷總?cè)萘勘扰潆娤到y(tǒng)的容量小得多，所以由負荷量的變化對上級系統(tǒng)引起的影響是很小的。綜上，本文將配電母線以上系統(tǒng)等效為一個具有一定串聯(lián)內(nèi)阻抗的電壓源，電壓源的電壓為母線空載時的電壓，電壓源的內(nèi)電抗由母線額定電壓和系統(tǒng)短路容量決定。

饋線中不同位置分布有若干負荷和分布式光伏電源。

在中、低壓配電網(wǎng)中，負荷種類繁多，隨機性很強，較難準確地對負荷加以電路描述。為便于研究，此處采用恒功率靜態(tài)模型來表示饋線上各節(jié)點的負荷，同時假設(shè)負荷是三相對稱的。

接入配電網(wǎng)的光伏電源一般屬于中小容量的分布式電源，它們一般不參與配電網(wǎng)電壓的調(diào)節(jié)。為了充分利用太陽能和光伏逆變器的容量，光伏發(fā)電系統(tǒng)通常工作于最大功率點跟蹤控制方式和單位功率因數(shù)狀態(tài)。因此在以下分析中，認為分布式光伏電源的出力恒定、三相對稱且工作于單位功率因數(shù)。

1.2 分布式光伏接入引起的節(jié)點過電壓

分布式光伏接入電網(wǎng)，向電網(wǎng)注入有功功率的同時，必將影響到配電網(wǎng)各個節(jié)點的電壓，對電壓具有一定的提升作用，可能導致節(jié)點電壓越限。通常設(shè)共有個節(jié)點在某條輻射式接線上，并且每個節(jié)點處都有光伏發(fā)電電源和負荷與之相連(實際沒有時，則設(shè)定它的功率為0)，連接情況由圖1給出。圖1中，配電母線由0號節(jié)點表示，主電源系統(tǒng)內(nèi)阻抗表示為則表示第段線路的等值阻抗；第個節(jié)點上的負荷功率由表示，光伏功率則由表示。需要注意的是，負荷的有功潮流方向相反于光伏的有功潮流方向。

圖1 接有分布式光伏的輻射式配電網(wǎng)

經(jīng)分析可知，配電系統(tǒng)中的某節(jié)點 到無窮大電源處的電壓損失關(guān)系可表示為：

由式(2)可知，無論分布式光伏電源接入配電網(wǎng)中的哪一個節(jié)點，均可以支撐饋線電壓，有利于降低線路上的電壓損失，而且接入位置越接近末端，電壓支撐作用就越強。

1.3 分布式光伏接入引起的電壓波動

分布式光伏通常工作在最大功率點跟蹤模式，而最大輸出功率受到外界光照日周期變化、云層變化、陰影效應等的影響。圖2為某光伏電站實測輸出功率的變化曲線，可以看出光伏功率存在大幅度快速的隨機變化，變化幅度達到最大輸出功率的一半。

圖2 某光伏電站的日輸出功率曲線

若取光伏波動功率為其額定功率的一半，并假定同一饋線上的分布式光伏的功率同時波動(這是最嚴格的情況)，由式(2)可知，單純由分布式光伏引起的配電網(wǎng)中第個節(jié)點的電壓波動為：

由式(3)可以得到如下結(jié)論：(1)對于單電源輻射式接線的配電網(wǎng)而言，不管分布式光伏電源在饋線上如何分布，饋線末端節(jié)點(號節(jié)點)處的電壓波動總是最大的；(2)在饋線接入光伏總?cè)萘恳欢ǖ那闆r下，相同容量的單個光伏電源接入饋線末端節(jié)點時，饋線末端的電壓波動最大，且最大值為：

如果饋線的截面始終一致，則式(4)可改寫為：

式(5)表明，光伏功率波動引起的電壓波動與光伏容量和饋線長度成正比。

2 分布式光伏對配電網(wǎng)電壓影響的計算

2.1 仿真計算的配電網(wǎng)條件

為驗證上述理論分析的正確性，采用如圖3所示的10 kV簡單配電網(wǎng)進行仿真計算。系統(tǒng)短路容量為100 MVA，饋線設(shè)計負荷為2.5 MVA，功率因數(shù)為0.9，線路采用LGJ-95型架空線路，總饋線長度為8 km。

圖3 簡單配電網(wǎng)算例

2.2 分布式光伏接入對節(jié)點電壓分布的影響

圖4為負荷集中于末端時，不同容量光伏接入不同節(jié)點時的節(jié)點電壓分布曲線，圖5為不同容量光伏接入不同節(jié)點時引起的節(jié)點電壓抬升量(即同一節(jié)點在光伏接入前后的電壓之差)分布曲線。由圖4和圖5可以看出，光伏接入抬高了饋線各節(jié)點的電壓，接入容量越大、接入位置越靠近饋線末端，節(jié)點電壓抬升越大。相比之下，各種接入條件下饋線末端的電壓抬升量最大。

圖4 光伏接入不同位置時的節(jié)點電壓

圖5 光伏接入引起的節(jié)點電壓抬升量

2.3 分布式光伏接入對母線電壓波動的影響

通過仿真不同光伏容量接入母線時的母線電壓，得到圖6所示母線電壓隨光伏容量的變化曲線，可以看出，光伏容量相對越大，光伏接入情況下母線電壓就越高。這里光伏短路容量取為光伏額定容量的1.5倍。圖7為母線電壓抬升量隨光伏容量的變化曲線。由圖7可知，光伏容量越大引起的母線電壓抬升量越大，或者說，光伏輸出功率的變化量越大，引起的母線電壓波動越大?？梢钥闯觯妷禾颗c光伏功率成正比。

圖6 光伏容量對母線電壓的影響

圖7 光伏容量對母線電壓抬升量的影響

2.4 分布式光伏接入饋線末端對饋線電壓抬升的影響

圖8為饋線末端接入不同容量光伏時，饋線末端電壓隨饋線長度的變化曲線。可以看出，節(jié)點電壓隨線路長度呈單調(diào)上升或單調(diào)下降趨勢。在相同的饋線長度下，饋線末端接入光伏容量越大，末端電壓越高，甚至出現(xiàn)末端電壓高于首端的情況。在接入容量相同的情況下，線路越長，線路末端與首端的電壓差越大。

圖8 不同光伏容量對饋線末端電壓的影響

圖9為饋線末端接入不同容量光伏時，饋線末端電壓的抬升量隨饋線長度的變化曲線。顯然，光伏容量越大，饋線越長，光伏對末端電壓的抬升量越大。

圖9 不同光伏容量對饋線末端電壓抬升量的影響

從上述曲線可以看出，接入到饋線末端的光伏在饋線上引起的電壓抬升量與光伏容量以及饋線長度近似成正比。

3 對策

(1)當向大、中容量光伏接入饋線時，應對并網(wǎng)點電壓進行監(jiān)測，必要時對光伏逆變器的運行方式進行干預。

(2)通過母線調(diào)壓設(shè)備控制母線電壓，使其與電壓偏差上限允許值預留一定的余量，可以緩解由于大量光伏接入帶來的電壓升問題。

4 結(jié)論

分布式光伏并網(wǎng)會對配電系統(tǒng)的電壓產(chǎn)生影響，由于光伏功率特性受外界光照變化影響波動較大，可能會導致電網(wǎng)電壓波動超標。本文研究了分布式光伏接入對配電系統(tǒng)電壓的影響，通過仿真計算驗證了光伏并網(wǎng)點越遠、光伏容量越大，配電網(wǎng)電壓的波動就會越大，并給出相應的對策，為大量分布式光伏接入配電網(wǎng)后能安全穩(wěn)定地運行提供了可靠的理論基礎(chǔ)。

[1]尹淞，郝繼紅.我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)應用綜述[J].電力技術(shù)，2009，73(3)：1-4.

[2]谷彩連，冷曉華.分布式電源并網(wǎng)對配電系統(tǒng)的影響研究[J].電氣開關(guān)，2014(5)：51-54.

Effect of distributed PV grid on voltage of distribution network

Distributed generation with its advantages of economic and environmental friendly is in the rapid development,where the distributed photovoltaic power has the most rapid development.The distributed photovoltaic (PV)accesses to distribution network with great randomness and has a significant impact on the power quality of power system,short-circuit current,power grid loss,harmonics,and the effects of distributed photovoltaic on distribution network voltage were mainly analyzed.With the theoretical analysis,the influence of distributed photovoltaic access point location, photovoltaic access capacity and the length of the feeder on the distribution network voltage, and its proportional relationship through simulation and the countermeasures were proposed, conducive to in-depth study of the impact of distributed photovoltaic access on the distribution network.

distributed generation;distributed PV;grid;distribution network voltage

TM 727

A

1002-087 X(2016)06-1257-03

2015-12-15

江蘇省電力公司科技項目(J2014054)

李亞玲(1979—)，女，江蘇省人，工程師，主要研究方向為配電自動化技術(shù)、分布式電源及微電網(wǎng)運行控制技術(shù)。