分布式電源對配電網電壓的影響分析

韓紫燁 駱寧 朱珈葳 李強 方謙

摘? 要：隨著現代化社會對能源需求的急劇提升，分布式能源得到了越來越廣泛的應用。大量分布式電源的接入，對傳統電網也產生了多方面的影響。為充分研究分布式電源接入配電網后對其電壓產生的影響，利用MATLAB軟件的SIMULINK功能模塊，對分布式電源和典型負荷兩個部分分別搭建了典型的配電網模型，并從分布式能源接入與否與接入位置兩個方面分析了其對傳統電網產生的影響。經MATLAB/SIMULINK仿真運行得到配電網模型中各節點的電壓，并進行數據處理，找到分布式電源接入傳統電網中對其影響較小的位置，即配電網系統的中部以及靠近配電網母線的位置。

關鍵詞：分布式電源;配電網電壓;電能質量;MATLAB/SIMULINK

0? ? 引言

作為一種利用可再生能源、清潔能源進行綠色發電的技術，分布式電源相比于使用化石能源發電的傳統電網有著巨大的優勢。分布式電源大多就近安裝在配電網中的用戶端，不僅減少了線路的功率傳輸損耗，而且還降低了線路修建成本，提高了能量的利用率。但是，在分布式電源給人類帶來諸多益處的同時，也隨之附帶了很多問題，例如，其不確定性對電網電壓造成的波動和影響、運行時注入電網的諧波污染等等。因此，如何減小分布式電源接入電網后對其產生的各方面影響，也就成為了另外一個人類科技進步路上必須克服的難關。

1? ? 分布式電源模型構建

在分布式電源模型選取的過程中，使用最簡單的PQ節點類型來描述分布式電源，即其發出的有功和無功均為恒定值。故而在MATLAB/SIMULINK的模型構建中，選擇將分布式電源描述為一個恒功率的簡化模型。

考慮到目前最常見的有光伏、風電等分布式新能源電源，本文中以定速風電機組為例，在MATLAB/SINULINK中對其描述如下：

其在SIMULINK庫中的模塊如圖1所示。

其中wind用來設置模擬風電場的實際輸入風速;trip用于設置風電機組是否投入，0為投入，1為切除;A、B、C三相為風電機組的定子電壓輸出端，用于接入配電網;m則包含風電機組的8個內部信號。

風機模塊的參數配置如圖2所示。

External mechanical torque：外部機械轉矩，決定風機驅動輸入量的來源方式。此處為了仿真的方便，不選中此項，即為選擇風速輸入方式;此外，還需要設置風機的額定風速為9 m/s，即風速為某一額定值時，風力發電機輸出某一額定電功率。

2? ? 典型負荷模型構建

為便于問題的分析，選取對稱三相的其中一相來進行分析，此處用到的是三相串聯RLC對稱負載。在搭建典型的配電網模型時，在代表配電網每級饋線上的各個節點上均并聯一個相同容量的靜態三相串聯RLC負載。

為方便分析分布式電源對配電網電壓的影響，此處設置負載均為PQ類型的負載，即其消耗的有功和無功為一定值，參數設置如圖3、圖4所示。

在負載的參數配置中，設其額定電壓與配電網電壓均為35 kV，額定頻率為我國工頻，額定有功與感性無功分別為1 MW、0.484 Mvar（對應的負載功率因數為0.9）。至此，典型的負荷模型已構建完成。

3? ? 分布式電源對配電網電壓影響的仿真研究

在本文中，母線用三相電壓電流測量工具（即Three Phase V-I measurement）代替，即用做母線，還可以測量該段線路和節點上的實時電壓、電流值。圖中引用了四條母線，故主要的監測節點分別編號為0、1、2、3、4、5。

分布式電源接入電網的SIMULINK仿真圖如圖5所示。

在各母線上均接有三相RL型恒功率負載，選用了四個模型、參數均相同的負載來表示，分別接于0、1、2、3、4、5號節點上（負載參數均設為功率為1 MW，功率因數為0.9）。考慮到實際應用時，風力發電機與輸電線路的電壓等級存在差距，還需在分布式電源與輸電線路之間接入一臺三相臺式雙繞組變壓器。

3.1? ? 研究分布式電源的有無對配電網電壓的影響

為分析分布式能源是否接入對配電網電壓所產生的影響，分別測量在5號母線節點、4號母線節點接入風電機組前后，配電網各關鍵節點上的電壓值。

在5號節點接入分布式電源，其仿真結果如圖6所示。

在MATLAB中畫出的電壓曲線如圖6所示，下方線條為在末端5號節點接入功率為1 MVA的DG，上方線條為系統未接入DG，對比分析可知接入分布式電源后系統電壓水平整體升高。

類似地，在3號節點接入容量相同的同一分布式電源風電機組，其電壓曲線與未接入DG的對照組電壓曲線如圖7所示。

由仿真結果可知，接入分布式電源后，除與無窮大功率電源直接相連的節點，各節點電壓值均有一定程度的抬高。分布式電源的接入，減少了所接負載前端的潮流流動，從而降低了沿線的電壓損耗。

3.2? ? 研究分布式電源接入位置的不同對配電網電壓的影響

為分析接入位置的不同對配電網電壓產生的影響，分別在1號至5號節點投入相同容量的分布式電源，仿真結果在MATLAB中所描繪出的曲線如圖8所示。

最下面的曲線表示配電網未接入分布式電源時系統中的電壓分布曲線，其他的電壓曲線表示同容量、同類型的分布式電源分別接入配電網模型中的5個節點時，系統中的電壓分布。從圖8可以得出：由于所接入的位置不同，同一分布式電源對同一配電網電壓的影響也有很大的不同。

4? ? 結論

根據前文的理論分析與仿真結果的對比分析，得到并驗證了最終結論：

（1）配電網系統在接入分布式電源之后，各節點電壓均被一定程度地抬高，且電壓隨著分布式電源接入容量的增大而增大。

（2）分布式電源對接入點前的潮流影響更大，故分布式電源接入的位置越靠后，系統電壓分布變化越大，電壓曲線抬高得越多。

因此，分布式電源更適合接入配電網系統的中部以及靠近配電網母線的位置。

[參考文獻]

[1] 李鵬，高靜，武昭，等.分布式能源接入電網的電能質量問題及其治理技術[J].供用電，2016，33（4）：14-17.

[2] 蘇文輝，林章歲，李喜蘭，等.分布式電源對配電網靜態電壓穩定的影響研究[J].電測與儀表，2014（14）：41-46.

[3] 劉健，殷強，張志華.配電網分層供電能力評估與分析[J].電力系統自動化，2014（5）：44-49.

[4] 付學謙，陳皓勇，劉國特，等.分布式電源電能質量綜合評估方法[J].中國電機工程學報，2014，34（25）：4270-4276.

收稿日期：2020-06-15

作者簡介：韓紫燁（2000—），女，湖北武漢人，研究方向：電氣工程及其自動化。