分布式電源接入對配電網電壓偏差影響的研究

何智添

（山東省菏澤市第一中學，山東 菏澤 274000）

0 引言

隨著現代電網的不斷建設與發展，傳統大容量的集中式電力系統逐漸表現出一些不容忽視的弊端：偏遠地區輸電費用昂貴，大范圍停電事故難以避免等。此外，全球范圍內的環境與能源危機，使得諸多國家對節能環保、可持續發展等問題日益重視。

與傳統配電網相比，分布式能源具有供電可靠性高、服務靈活多樣、投資少、環保等優點。當大電網發生故障時，分布式電源可以繼續向用戶供電，因此不會發生因大面積停電帶來的不便。近年來，分布式電源的大力發展，在電能生產中所占比重不斷提高。

然而，DG接入產生效益的同時也帶來一些不容忽視的弊端，其輸出功率的不確定性對配電網電能質量及其可靠性產生了較為突出的影響。本文首先對分布式電源接入對配電網電壓造成影響的機理進行理論分析，然后基于PSCAD仿真軟件對不同容量、不同接入位置下DG造成的電壓偏差影響進行仿真研究。

1 DG接入對配電網電壓偏差的影響機理分析

分布式電源是一種容量較小，直接接在用戶附近的獨立電源。一般接在35kV電壓及以下等級。從目前的研究與應用來看，分布式電源主要包括太陽能光伏電池、小型風力發電機、微型燃氣輪機、燃料電池和儲能設備等類型。

圖1 仿真主電路

電壓偏差是指網絡中某點的實際電壓同網絡該處的額定電壓之差，一般以額定電壓的百分數表示 。

根據國家標準《電能質量供電電壓允許偏差》對于電壓偏差的相關規定，配電網中10kV及以下電壓等級的電壓偏差不得超過±7%。

配電網出現電壓偏差會產生一系列不良影響，如導致一些設備不能正常運行，造成生產過程紊亂甚至中斷，嚴重影響產品質量等。實際電壓偏低會導致敏感設備無法正常工作或停止工作，嚴重時會導致設備無法重啟，設備長時間無法恢復正常運行會造成非常嚴重的危害和損失；實際電壓偏高將會導致設備過電壓，嚴重時會導致爆炸和火災。

傳統集中供電在穩態下，電壓沿著配電線路上功率的流動方向是逐漸降低的。DG接入后，由于在負載側接入電源，使得系統對原來電網中電源的供電需求降低，導致配電饋線上的傳輸功率減小，線路上的壓降降低，最終表現為負荷節點處的電壓被抬高，產生不同程度的電壓偏差，其電壓偏差程度與接入DG的位置及容量大小有關。

2 仿真試驗研究

為了深入研究DG接入的電壓偏差影響規律，本文基于PSCAD電力系統電磁暫態仿真軟件，搭建含DG的35/0.4kV配電網絡模型進行仿真研究，通過記錄不同接入位置、不同容量的分布式電源造成的電壓偏差及偏差程度，對分布式電源接入造成的電壓偏差影響規律進行定量分析。

2.1 仿真主電路與參數設置

根據工程的實際應用，本文在PSCAD中搭建含分布式電源的35/0.4kV典型配電系統，進行不同電壓等級母線接入和不同容量條件下的分布式電源接入對配網電壓影響的分析與討論。

如圖1所示為仿真主電路圖，其中圖1（a）為分布式電源接入0.4kV電壓等級母線仿真主電路，圖1（b）為分布式電源通過變壓器接入35kV電壓等級母線仿真主電路。

2.2 仿真結果與分析

本文主要討論不同容量和不同接入位置下的DG并網產生的電壓偏差影響。其中，不同容量可用分布式電源的滲透率來體現，滲透率是指分布式電源的安裝容量與其接入線路的最大輸送容量的比值，約等于上一級變壓器額定容量的比值。

因此，采用如圖1所示的仿真模型進行仿真試驗的步驟設計如下：

步驟一：將分布式電源接在0.4kV電壓等級兩段母線上，接線方式如圖1（a）所示，按10%～80%變化的滲透率來改變分布式電源容量，進行仿真并記錄兩個節點的電壓變化。

步驟二：將分布式電源接在35kV電壓等級母線上，接線方式如圖1（b）所示，按10%～80%變化的滲透率來改變分布式電源容量，進行仿真并記錄兩個節點的電壓變化。

為了量化兩段測量節點在DG接入前后電壓的變化程度，本文采用DG接入后的節點電壓Un′與接入前的電壓Un之差與低壓配網額定電壓有效值220V之比來表示節點電壓的變化程度，用ε可表示如下：

圖2（a）和圖2（b）分別為Ⅰ段母線和Ⅱ段母線測量點情況。

圖2 分布式電源接入對節點電壓的影響規律

通過對如圖2所示的仿真結果進行分析，可以看出該仿真系統在不超過國家標準的要求時，DG接入35kV電壓等級母線上的情況下滲透率可達80%以上；DG接入0.4kV電壓等級母線的情況下滲透率最高僅為51%左右。

因此可以看出，那些容量較小、滲透率較低的DG適合接在0.4kV低壓母線，不僅DG切換較為靈活，還能避免變壓器的投入成本；而對于那些容量較大、滲透率較高的DG，在條件允許的情況下更適合接在35kV中壓等級母線，降低因DG容量過大所帶來的電壓偏差等問題。

結論

本文首先對分布式電源接入導致的配電網電壓偏差進行理論分析，然后在PSCAD中搭建含分布式電源的35/0.4kV典型配電系統模型進行仿真研究，根據仿真結果，詳細分析了分布式電源接入對配網電壓偏差的影響規律，并得出結論如下：

（1）同一位置上接入的分布式電源，對電壓偏差的影響程度隨容量的增大而增大；相同容量的分布式電源，接在較低電壓等級母線產生的電壓偏差大于接在較高電壓等級母線的情況。

（2）在滿足國家標準條件下，接入35kV母線的DG滲透率可達80%以上，接入0.4kV母線的DG滲透率可達51%。

（3）考慮到配電網的穩定性和經濟性，小容量、滲透率較低的分布式電源更適合接于0.4kV低壓側，大容量、滲透率較高的分布式電源更適合接于35kV中壓側。