分布式電源接入對配電網電壓的影響分析

邢洪亮，謝冬梅

（沈陽工程學院電力學院，遼寧 沈陽 110136）

分布式電源接入對配電網電壓的影響分析

邢洪亮，謝冬梅

（沈陽工程學院電力學院，遼寧 沈陽 110136）

針對分布式電源（DG，Distributed Generation）接入對配電網電壓所造成的影響，研究了DG接入配電網的數量、容量、位置分別改變時對系統電壓影響的變化規律。通過對不同類型分布式電源的節點模型進行分析處理，采用改進牛頓法配電網潮流算法對其接入輻射狀配電網的各種情況進行精確計算，結合IEEE34節點系統的仿真試驗，全面總結了DG在配電網中的接入數量、容量、位置分別改變時系統電壓的變化規律。

分布式電源；配電網；牛頓法；電壓支撐

本文采用功率因數為0.9的恒功率靜態模型來表示饋線負荷，并假設負荷三相對稱，不計配網三相線路間的互感。本文基于恒功率負荷模型的輻射狀配電網，用IEEE34節點配電系統進行牛頓法潮流計算，得出各種情況下系統節點的電壓數據，并且對各種情況進行仿真對比，來研究其影響規律。因此，應該充分考慮這個規律對含DG的配電網規劃產生的影響，最大程度的減少不利影響。

1 各種分布式電源的節點模型及其在潮流計算中的處理方法

1.1 P恒定，Q恒定的PQ節點

對于配電網中PQ節點類型的分布式電源，只需將其處理成功率值是負的負荷即可。

1.2 P恒定，V恒定的PV節點

采用同步發電機作為DG的內燃機和燃氣輪機一般處理為P恒定、V恒定的PV節點，可直接代入牛頓法中迭代計算，求出節點的電壓相角和無功功率為：

式中：k為迭代次數；ΔQ為無功修正值。

若出現節點無功越限的情況，需對式（1）修改如下。

式中：Qmax、Qmin為PV型DG的無功上下限。

因此，PV節點類型的分布式電源出現無功功率和節點電壓越限時，將出現PQ節點和PV節點的相互轉換。

1.3 P恒定，電流幅值I恒定的PI節點

采用電流控制逆變器并網的光伏發電系統，作為DG處理成有功輸出和注入電網電流恒定的 PI節點，該節點運用牛頓法迭代計算前要做一定的處理。相應的無功功率可由式（3）得出：

式中，Qk+1為第k+1次迭代DG的無功功率；ek,fk為第k次迭代所得Vk的實部和虛部；P、I為DG恒定的有功功率和電流幅值。

因此，采用牛頓法迭代計算求出第k+1次迭代前的無功注入量，并將其處理成第k+1次迭代過程中的有功和無功分別為P和Qk+1的PQ節點。

1.4 P恒定，V不定，Q受PV限定的P-Q(V)節點

采用異步發電機作為DG的風電機組一般處理為P恒定，V不定，Q受PQ限定的P-Q（V ）節點。異步發電機建立磁場需要吸收一定的電網無功功率，為減少系統網損、滿足功率因數要求，通常在風電機組處就地安裝并聯電容器組并自動投切。

P-Q（V）節點不能直接代入牛頓法中計算，每次迭代前必須做一定的處理。Q計算如（4）～（9）所示。

式中：s為異步電機的轉差率；xσ為發電機定子與轉子電抗之和；Pε為輸出有功功率；xm為勵磁電抗；r 為轉子電阻；Q′為異步電機吸收的無功；COSφ1、COSφ2為異步電機補償前后的功率因數；QC為需要補償的無功； n為投入并聯電容器組數；QN-Unit為每組電容器提供的無功；Q″為電容器組實際補償的無功；Q為節點注入無功。

進行潮流計算時，可以求出P－Q（V）節點第k次迭代前的無功吸收量，并將其處理成有功和無功輸出分別為P和PQ的PQ節點，進行第k+1次迭代計算。

2 算法研究

具有輻射型結構的配電網，一方面支路參數r/ x比值較大，且極易形成環網，傳統的高壓輸電網潮流算法不能使用，應有一種有效處理環網能力的算法 ；另一方面，分布式電源并網引入了新的節點類型，還應具備有效處理含不同類型DG的配網算法。

綜上兩點，本文采用牛頓法進行潮流計算，該算法收斂能力好，可以直接處理不同節點類型的DG，并具有較強的環網處理能力。因此，選擇牛頓法進行含DG的配電網潮流計算。

3 算例分析

分析DG接入容量和接入位置對配電網電壓的影響，首先要固定DG的接入數量。一方面，DG并網作為配電網供電的一種輔助電源，其并網數量過多，會增加系統的運行維護成本，且會造成繼電保護誤動作等一系列既不經濟又不安全的因素；另一方面，DG必須在一定條件下才能產生。因此，根據當地自然條件和安全成本等因素綜合考慮確定DG個數，本文選定接入DG個數為1或2。

3.1 DG接入容量對配電網電壓的影響

配電網總負荷P=0.41404MW, Q=0.01463MVAr 。為了分析DG接入容量對配電網電壓影響的變化趨勢，在明確單個DG接入配電網的情況下，固定選取9節點位置，在該測試節點接入DG時按照與配電網負荷總量成一定比例的電源容量進行試驗，比例因子分別為0、0.4、0.8、1.0、1.2、1.6、2.0、2.4等，通過Matlab仿真程序進行計算，其結果如圖1所示。

3.2 DG接入位置對配電網電壓的影響

當DG沒有接入，末端的饋線電壓逼近系統運行的下限，如果遇到高峰時期的負荷，末端電壓則會越下限。系統運行接入DG，使電壓下限升高，改善了線路的電壓，而效果最好的時機是在9和4、 17節點接入其容量的DG，繼而使網絡額定電壓近似處在末端電壓下。所以，為了提高系統電壓水平，可以在配電網中接入DG：（1）DG在越接近系統母線位置接入，對線路電壓分布影響越??；（2）就電壓支撐效果而言，DG集中接入弱于分散接入；（3）DG不宜在線路末端接入，可選擇在線路中間偏末端的位置或其組合接入。

圖1 DG接入容量對配電網電壓的影響

4 結語

本文針對分布式電源并網的接入數量、接入容量、接入位置等進行研究，分析得出DG的接入容量、接入位置對配電網電壓不同的影響規律，若DG在配電網中的接入容量和位置合理，則可以有效改善配電網的各項運行指標，否則將惡化配電網運行時的各項指標。

通過仿真計算分析可知，DG的接入容量和位置的改變對配電網電壓不同的影響： DG的接入位置要固定，DG的最優接入容量在保證電壓質量合格的范圍內盡可能大； DG接入容量也要固定，DG的最優接入位置為饋線中間偏末端節點，且單節點接入改善電壓效果弱于多節點接入。

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