戶用型光伏發電系統對配電網的影響

王貴波 馬健 胡偉

摘 要：隨著人們對清潔能源認識的提升以及相關科學技術的發展，太陽能光伏發電產業正在逐步滲透到我們的生活中，但是光伏發電會受到光照時間、強度等因素的影響，將其接入到配電網中之后會在一定程度上影響配電網的穩定性。有鑒于此，本文對戶用型光伏發電系統計入到配電網中后對配電網產生的影響進行了分析，旨在進一步推動戶用型光伏發電系統的應用。

關鍵詞：光伏發電；配電網；運行方式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.194

1 引言

目前階段，隨著相關領域科學技術的發展，在強大科技實力的支撐下，太陽能光伏電站有了更大的發展空間，尤其是在生態環境日益惡化的背景下，新能源的開發以及應用成為了人們關注的焦點，太陽能作為一種新能源，有著豐富的資源、分布廣泛、清潔、安全、用之不竭等優點。進入新世紀以來，隨著全球能源供應變得越來越緊張，太陽能光伏發電的優勢更加顯現出來，在全球范圍內的應用規模也變得越來越廣。現在，發展大型光伏并網電站的是其中重要的一個趨勢，比如在邊遠地區發展獨立發電系統，在大型建筑物頂部發展中型或者小型并網發電系統等。戶用型光伏發電系統的引入能夠使我國電力配電網從輻射式的網絡轉化成遍布電源以及用戶互聯的網絡。

在這一電力網絡中，負荷變得更加復雜，且具有一定的隨機性，很多對其中的負荷進行非常精準的表示。為了使其更加方便進行研究，本文選擇運用恒功率靜態模型對饋線上的各節點負荷進行表示；另外，研究中假設負荷三相對稱；考量到電壓等級低，配電線路長度短，所以三相線路間的互感也不考慮；所有線路阻抗均折合到系統電壓等級。

2 單個光伏發電系統接入配電網的潮流計算

引入PV之后會使我國電力網絡從傳統的輻射式轉化成遍布電源以及用戶互聯的綜合性、復雜化的網絡[1]。未引入PV時，饋線潮流始終是單向存在的，而且有功潮流和變電站之間的距離是呈現背離趨勢的。在饋線引入PV后，就使得饋線潮流模式發生了轉變，依據PV的接入位置與負荷情況，配電系統的潮流可以減少也可以增加。該節對引入單個PV之后可能會對配電網產生的影響進行分析，主要對從不同位置、不同容量以及不同方式引入PV之后導致的電壓曲線分布狀況。在本研究中變電所以上的網絡全部等值為電壓源，系統電壓始終保持不變。

在此模型中，將光伏發電系統接入配電網末端（節點5處），其向配電網注入功率，可視為“負”的負荷，假定PV的容量為1MVA，功率因數，cosφ=0.9（滯后）[2]。此線路的參數為：1-5節點所連接負荷均為S負=0.85+0.54j，各段線路阻抗為Z0-1=0.1+0.2j、Z1-2=0.2+0.3j、Z2-3=0.2+0.4j、Z3-4=0.1+0.5j、Z4-5=0.3+0.1j，注入各節點的功率為S1～5，線路首端電壓UN為10.5kV。

以上配電網模型，可按以下兩個步驟進行電壓和功率的計算。

第一步：從離電源點最遠的節點5開始，利用線路額定電壓，逆著功率傳送的方向依次計算各段線路阻抗中的功率損耗和功率分布。

第二步：利用第一步求得的功率分布，從電源點開始，順著功率傳送的方向依次計算各段線路的電壓降落，求出各節點電壓。

按照此方法可依次推出其余各節點的電壓情況。為了提高計算精度，可以重復以上的運算。經兩次迭代計算后，發現各節點電壓誤差均在0.001kV以內。

3 單個光伏發電系統對配電網的影響

3.1 戶用光伏發電系統的容量對電壓分布的影響

在保持其他參數不變的情況下，僅僅使PV容量變化，也會使配電網的電壓發生變化。運用上文的模型，假設PV從節點引入，設定其功率因數為0.9（滯后）運行，通過測定可知隨著戶用型光伏電源容量的逐漸增加，配電網的電壓分布發生變化；PV接入處，電源容量越大，壓降越小，當PV容量較大時，壓降會出現負值（如容量5MVA時）。

3.2 戶用型光伏發電系統接入位置對電壓分布的影響

在保持其他參數不變的情況下，僅僅使PV接入位置進行調整，也會使配電網的電壓發生變化。設定PV功率因數為0.9（滯后）運行，通過測定可知，總出力相同的PV在不同的位置接入配電網，其電壓分布情況有著非常大的不同；PV將其所在節點的電壓抬高，下游饋線的電壓整體升高。

3.3 戶用型光伏發電系統的運行方式對電壓分布的影響

功率因數是PV影響配電網電壓分布的一個重要因素。光伏發電系統根據發電技術及其控制，可以運行在不同的功率因數，它可以從系統吸收無功功率也可以向系統發出無功功率[3]。采用前述相同的網絡數據和負荷大小，PV的功率因數的變化會引發饋線電壓曲線發生改變。通過仿真計算我們可知，在PV的功率因數從超前0.85變化到滯后0.85的過程中，PV從配電網系統中吸收的無功功率逐漸變少，配網饋線潮流減弱，位于PV上游的電壓下降幅度也在不斷降低。之后，功率因數繼續變化，PV從系統中吸收的無功功率變成零，繼而會向系統中輸出無功功率，此時配電網中的饋線潮流繼續降低。由此可知，隨著功率因素的變化，PV從吸收配網中的無功功率逐漸轉變成向系統輸出無功功率。

4 結論

本文在配電網中引入了光伏發電系統，分別從不同接入容量、位置以及運行方式3個層面對戶用型光伏發電系統引入之后對配電網造成的影響進行了分析，通過仿真計算可知，不同的接入容量、位置以及運行方式都會對配電網電壓造成不同程度的影響。

今后可以進一步分析多個電源接入時情況，進而得出對實踐更有指導意義的結論。

參考文獻：

[1]趙春江.并網型太陽能光伏發電系統[M].北京：化學工業出版社，2007.

[2]王東.太陽能光伏發電技術與系統集成[M].北京：化學工業出版社，2011.

[3]黃漢云.太陽能光伏發電應用原理[M].化學工業出版社，2012.