分布式可再生能源接入對配電網電壓分布的影響分析

李宏基，鄭 偉，劉成功，陳卓鋒，高怡芳

0 引言

隨著能源危機的出現及可再生能源發電技術的發展，分布式可再生能源作為一種新型的能源利用方式，在配電網中的應用越來越廣泛[1-3]。

風電、光伏等分布式可再生能源接入配電網后，由于其出力的間歇性、隨機性及不確定性，對配電網的電壓、網損、供電可靠性等將產生影響。文獻[4]介紹了分布式電源的特點，并分析其對配電網運行的影響；文獻[5-6]分別對含分布式電源的配電網可靠性以及電能質量進行評估；文獻[7]對分布式發電接入配電系統后所產生的影響進行了研究和評估，提出了一系列量化指標；文獻[8]對不同類型分布式電源接入輻射型配電網絡前后對系統各節點電壓的影響進行了分析；文獻[9]分析了光伏并網后對電壓質量的影響；文獻[10]分析了小水電在枯水期及豐水期時對配電網運行電壓的影響。上述文獻沒有專門對線路電壓分布進行展示分析。

本文通過對分布式可再生能源接入配電網后的電壓情況進行理論分析，并結合算例仿真，對不同接入位置、不同接入數量及不同接入容量狀態下線路電壓分布情況進行分析，分別展示不同狀態下線路電壓分布情況。

1 理論分析

圖1 單分布式可再生能源接入配電網的簡化示意圖

圖1 為單個分布式可再生能源接入配電網的簡化示意圖。網絡共有n個節點，節點i上的負荷為PLi+jQLi，；線路Li上的阻抗為Ri+jXi；饋線首端為該網絡的平衡節點，即電壓幅值恒定，為V0，節點i的電壓幅值為Vi；可再生能源并網點為節點p，其輸出功率為PDG+jQDG。以下分析忽略各線路上的功率損耗。

（1）分布式可再生能源接入配電網前，節點k與節點(k-1)電壓之間的關系：

一般地，可忽略電壓降落橫分量的影響，同時，由于配電網用戶側功率因數一般處于0.95左右，因此也可認為，則式(2)可近似表示為：

由于網絡中各節點負荷消耗的有功功率和無功功率皆為正值，即PLi＞0，QLi＞0，因此，存在 ΔVk＞0 ，即分布式可再生能源接入配電網前，網絡電壓分布規律是自饋線首端起，各節點電壓依次降低，且任一節點k電壓可表示為：

（2）分布式可再生能源接入配電網后，處于光伏并網點p點之前的節點k電壓分布情況，即此時存在0＜k＜p，則節點k電壓可表示為：

此時節點k和節點(k-1)電壓之間的關系可表示如下：

（3）分布式可再生能源接入配電網后，處于光伏并網點p點之后的節點k電壓分布情況，即此時存在p＜k＜n，則節點k電壓可表示為：

此時節點k和節點(k-1)電壓之間的關系可表示如下：

顯然存在ΔVk＞0，即此時節點(k-1)電壓比節點k電壓高。

2 仿真模型

10 kV線路仿真如圖2所示。線路在主干上共設置了A～I九個負荷節點。線路主干型號LGJ-150，長度9 km，各節點之間等間距。線路裝接的支路配變總容量為4 590 kVA，各節點負荷均勻分布。

圖2 10 kV線路仿真模型

3 仿真分析

本文主要借助仿真軟件，分別對分布式可再生能源不同接入位置、不同接入數量及不同滲透率下的線路進行潮流仿真計算，并對其電壓分布情況進行分析。

3.1 接入位置對電壓分布的影響

3.1.1 單個接入點

同一滲透率（66.67%）下，分別將分布式可再生能源接入線路各主干節點，得到的線路電壓分布趨勢分別如圖3所示。

圖3 接入位置對線路電壓分布的影響（單點接入）

（1）分布式可再生能源并網點在線路前端，線路電壓沿線下降，但總體呈現兩種趨勢：①接入點靠近線路首端，自饋線首端起，節點電壓分布呈現依次平滑降低的規律，但各節點電壓與未接入前相比均有一定程度的升高；②接入點為非線路首端，饋線首端至并網點與并網點至線路末端呈現兩種不同的降低趨勢，饋線首端至并網點間線路電壓降低較平滑，并網點至饋線末端線路電壓降低較快。

（2）分布式可再生能源并網點在線路后端，自饋線首端至并網點線路電壓呈現先降低后升高的趨勢，而并網點之后的電壓依次降低，因此分布式可再生能源并網點成為局部電壓最高點。

3.1.2 多個接入點（以兩個為例）

當一回10 kV線路不只一個分布式可再生能源并網點時（以兩個為例），同一滲透率不同接入位置情況下，線路電壓分布存在以下幾種情況，如圖4所示。

（1）自饋線首端起，線路節點電壓分布沿線降低，但存在兩個“拐點”，電壓下降趨勢呈三段式，饋線首端為線路電壓最高點。

圖4 接入位置對線路電壓分布的影響（兩點接入）

（2）自饋線首端至第一個并網點，節點電壓呈下降趨勢，兩個并網點之間線路節點電壓呈先下降后上升的趨勢，第二個并網點后電壓依次降低，饋線首端仍為線路電壓最高點。

（3）自饋線首端至第一個并網點、兩個并網點之間線路節點電壓均呈先下降后上升的趨勢，第二個并網點后電壓依次降低，第一個并網點為線路電壓最高點，第二個并網點為局部電壓最高點。

（4）自饋線首端至第一個并網點，線路節點電壓均呈先下降后上升的趨勢，兩個并網點間線路節點電壓呈上升趨勢，第二個并網點后電壓依次降低，第二個并網點為線路電壓最高點。

3.2 接入容量對電壓分布的影響

分布式可再生能源接入同一位置（以D點為例），不同滲透率下線路電壓分布如圖5所示。

圖5 接入容量對線路電壓分布的影響

（1）分布式可再生能源接入后，線路各節點電壓均有提高。隨著分布式可再生能源滲透率的增大，電壓抬升效果更明顯。

（2）不同分布式可再生能源滲透率下，線路電壓分布可分為四種情況：

1）自饋線首端起，節點電壓分布依舊呈現依次平滑降低的規律，但各節點電壓與未接入前相比均有一定程度的升高；

2）自饋線首端起，節點電壓分布呈現依次降低的規律，饋線首端至并網點與并網點至線路末端呈現兩種不同的降低趨勢，饋線首端至并網點間線路電壓降低較平滑，并網點至饋線末端線路電壓降低較快；

3）饋線首端至并網點間電壓呈先降低后升高的趨勢，而并網點之后的電壓依次降低，分布式可再生能源并網點為局部電壓最高點；

4）饋線首端至并網點間電壓呈現逐漸升高的趨勢，而并網點之后的電壓依次降低，分布式可再生能源并網點為線路電壓最高點。

4 結論

（1）分布式可再生能源接入10 kV線路后，改變了線路沿線電壓變化的趨勢，線路電壓不再是沿線降低，線路電壓最高點也可能為分布式可再生能源接入點。

（2）分布式可再生能源接入位置直接影響線路電壓變化趨勢，接入點越靠近首端，影響程度越小，接入點越靠近末端，對線路電壓變化的影響程度越大。

（3）線路電壓變化趨勢的拐點數量與分布式可再生能源接入數量相等。

（4）分布式可再生能源的滲透率直接影響線路電壓的變化趨勢，滲透率越高，對線路電壓變化的影響程度越大。

參考文獻：

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