分布式光伏并网对配电网电压的影响

李亚玲，韦 磊，赵景涛，安 觅，王前双

(1.国家电网南瑞科技股份有限公司，江苏南京210009；2.江苏省电力公司南京供电公司，江苏南京210019；3.南京工业大学电气与自动化学院，江苏南京211816)

分布式光伏并网对配电网电压的影响

李亚玲1，韦 磊2，赵景涛1，安 觅3，王前双1

(1.国家电网南瑞科技股份有限公司，江苏南京210009；2.江苏省电力公司南京供电公司，江苏南京210019；3.南京工业大学电气与自动化学院，江苏南京211816)

分布式发电以其经济、环保的优势在飞速发展，其中分布式光伏电源发展最为迅速。分布式光伏接入配电网，具有很大的随机性，对配电网系统的电能质量、短路电流、电网损耗、谐波等方面产生显著影响，重点分析对配电网电压的影响。通过理论分析分布式光伏接入点的位置、光伏接入容量以及馈线长度对配电网电压的影响，并通过仿真验证其成正比关系，最后提出解决对策，有利于深入研究分布式光伏接入对配电网的影响。

分布式发电；分布式光伏；并网；配电网电压

随着可再生能源等技术的快速发展，分布式发电技术得到了越来越多的重视。分布式电源一般接入中、低压配电系统，它可以有效地弥补大规模集中发电和输电的不足，并且具有节能环保、高可靠性、改善供电质量、在短时间内可以有效解决电力短缺等优点。分布式电源有很多种，其中分布式光伏发电技术进步很快，其并网对配电系统的影响成为近年来的研究热点[1]。分布式光伏接入电网，首当其冲地改变了配电网的潮流分布，甚至改变了配电网的潮流方向，这种潮流的变化影响着配电网的稳态电压分布。一方面，分布式光伏的合理配置对配电网的电压具有支撑作用；另一方面，分布式光伏的无约束运行可能导致配电网某些节点出现过电压或严重电压波动[2]。本文主要分析分布式光伏接入对配电网电压的影响，从电压质量方面探讨分布式光伏的接入容量与解决方案。

1 分布式光伏接入对配电网电压质量的影响与要求

1.1 配电网络与分布式光伏

配电系统的主接线方式主要有单电源树干式接线、单电源辐射式接线和双电源手拉手环网接线，并且环网接线方式又常常工作在开环状态。所以，在任一种正常运行情况下，配电网的接线方式都可以被认为是单电源辐射式接线。由于较短的馈线长度和较低的电压等级，在配电网中只考虑线路分布电抗和分布电阻，不考虑对地分布电容以及三相间线路的互感。

配电网母线侧的连线方式比较繁琐，由配电母线供电的负荷总容量比配电系统的容量小得多，所以由负荷量的变化对上级系统引起的影响是很小的。综上，本文将配电母线以上系统等效为一个具有一定串联内阻抗的电压源，电压源的电压为母线空载时的电压，电压源的内电抗由母线额定电压和系统短路容量决定。

馈线中不同位置分布有若干负荷和分布式光伏电源。

在中、低压配电网中，负荷种类繁多，随机性很强，较难准确地对负荷加以电路描述。为便于研究，此处采用恒功率静态模型来表示馈线上各节点的负荷，同时假设负荷是三相对称的。

接入配电网的光伏电源一般属于中小容量的分布式电源，它们一般不参与配电网电压的调节。为了充分利用太阳能和光伏逆变器的容量，光伏发电系统通常工作于最大功率点跟踪控制方式和单位功率因数状态。因此在以下分析中，认为分布式光伏电源的出力恒定、三相对称且工作于单位功率因数。

1.2 分布式光伏接入引起的节点过电压

分布式光伏接入电网，向电网注入有功功率的同时，必将影响到配电网各个节点的电压，对电压具有一定的提升作用，可能导致节点电压越限。通常设共有个节点在某条辐射式接线上，并且每个节点处都有光伏发电电源和负荷与之相连(实际没有时，则设定它的功率为0)，连接情况由图1给出。图1中，配电母线由0号节点表示，主电源系统内阻抗表示为则表示第段线路的等值阻抗；第个节点上的负荷功率由表示，光伏功率则由表示。需要注意的是，负荷的有功潮流方向相反于光伏的有功潮流方向。

图1 接有分布式光伏的辐射式配电网

经分析可知，配电系统中的某节点 到无穷大电源处的电压损失关系可表示为：

由式(2)可知，无论分布式光伏电源接入配电网中的哪一个节点，均可以支撑馈线电压，有利于降低线路上的电压损失，而且接入位置越接近末端，电压支撑作用就越强。

1.3 分布式光伏接入引起的电压波动

分布式光伏通常工作在最大功率点跟踪模式，而最大输出功率受到外界光照日周期变化、云层变化、阴影效应等的影响。图2为某光伏电站实测输出功率的变化曲线，可以看出光伏功率存在大幅度快速的随机变化，变化幅度达到最大输出功率的一半。

图2 某光伏电站的日输出功率曲线

若取光伏波动功率为其额定功率的一半，并假定同一馈线上的分布式光伏的功率同时波动(这是最严格的情况)，由式(2)可知，单纯由分布式光伏引起的配电网中第个节点的电压波动为：

由式(3)可以得到如下结论：(1)对于单电源辐射式接线的配电网而言，不管分布式光伏电源在馈线上如何分布，馈线末端节点(号节点)处的电压波动总是最大的；(2)在馈线接入光伏总容量一定的情况下，相同容量的单个光伏电源接入馈线末端节点时，馈线末端的电压波动最大，且最大值为：

如果馈线的截面始终一致，则式(4)可改写为：

式(5)表明，光伏功率波动引起的电压波动与光伏容量和馈线长度成正比。

2 分布式光伏对配电网电压影响的计算

2.1 仿真计算的配电网条件

为验证上述理论分析的正确性，采用如图3所示的10 kV简单配电网进行仿真计算。系统短路容量为100 MVA，馈线设计负荷为2.5 MVA，功率因数为0.9，线路采用LGJ-95型架空线路，总馈线长度为8 km。

图3 简单配电网算例

2.2 分布式光伏接入对节点电压分布的影响

图4为负荷集中于末端时，不同容量光伏接入不同节点时的节点电压分布曲线，图5为不同容量光伏接入不同节点时引起的节点电压抬升量(即同一节点在光伏接入前后的电压之差)分布曲线。由图4和图5可以看出，光伏接入抬高了馈线各节点的电压，接入容量越大、接入位置越靠近馈线末端，节点电压抬升越大。相比之下，各种接入条件下馈线末端的电压抬升量最大。

图4 光伏接入不同位置时的节点电压

图5 光伏接入引起的节点电压抬升量

2.3 分布式光伏接入对母线电压波动的影响

通过仿真不同光伏容量接入母线时的母线电压，得到图6所示母线电压随光伏容量的变化曲线，可以看出，光伏容量相对越大，光伏接入情况下母线电压就越高。这里光伏短路容量取为光伏额定容量的1.5倍。图7为母线电压抬升量随光伏容量的变化曲线。由图7可知，光伏容量越大引起的母线电压抬升量越大，或者说，光伏输出功率的变化量越大，引起的母线电压波动越大。可以看出，电压抬升量与光伏功率成正比。

图6 光伏容量对母线电压的影响

图7 光伏容量对母线电压抬升量的影响

2.4 分布式光伏接入馈线末端对馈线电压抬升的影响

图8为馈线末端接入不同容量光伏时，馈线末端电压随馈线长度的变化曲线。可以看出，节点电压随线路长度呈单调上升或单调下降趋势。在相同的馈线长度下，馈线末端接入光伏容量越大，末端电压越高，甚至出现末端电压高于首端的情况。在接入容量相同的情况下，线路越长，线路末端与首端的电压差越大。

图8 不同光伏容量对馈线末端电压的影响

图9为馈线末端接入不同容量光伏时，馈线末端电压的抬升量随馈线长度的变化曲线。显然，光伏容量越大，馈线越长，光伏对末端电压的抬升量越大。

图9 不同光伏容量对馈线末端电压抬升量的影响

从上述曲线可以看出，接入到馈线末端的光伏在馈线上引起的电压抬升量与光伏容量以及馈线长度近似成正比。

3 对策

(1)当向大、中容量光伏接入馈线时，应对并网点电压进行监测，必要时对光伏逆变器的运行方式进行干预。

(2)通过母线调压设备控制母线电压，使其与电压偏差上限允许值预留一定的余量，可以缓解由于大量光伏接入带来的电压升问题。

4 结论

分布式光伏并网会对配电系统的电压产生影响，由于光伏功率特性受外界光照变化影响波动较大，可能会导致电网电压波动超标。本文研究了分布式光伏接入对配电系统电压的影响，通过仿真计算验证了光伏并网点越远、光伏容量越大，配电网电压的波动就会越大，并给出相应的对策，为大量分布式光伏接入配电网后能安全稳定地运行提供了可靠的理论基础。

[1]尹淞，郝继红.我国太阳能光伏发电技术应用综述[J].电力技术，2009，73(3)：1-4.

[2]谷彩连，冷晓华.分布式电源并网对配电系统的影响研究[J].电气开关，2014(5)：51-54.

Effect of distributed PV grid on voltage of distribution network

Distributed generation with its advantages of economic and environmental friendly is in the rapid development,where the distributed photovoltaic power has the most rapid development.The distributed photovoltaic (PV)accesses to distribution network with great randomness and has a significant impact on the power quality of power system,short-circuit current,power grid loss,harmonics,and the effects of distributed photovoltaic on distribution network voltage were mainly analyzed.With the theoretical analysis,the influence of distributed photovoltaic access point location, photovoltaic access capacity and the length of the feeder on the distribution network voltage, and its proportional relationship through simulation and the countermeasures were proposed, conducive to in-depth study of the impact of distributed photovoltaic access on the distribution network.

distributed generation;distributed PV;grid;distribution network voltage

TM 727

A

1002-087 X(2016)06-1257-03

2015-12-15

江苏省电力公司科技项目(J2014054)

李亚玲(1979—)，女，江苏省人，工程师，主要研究方向为配电自动化技术、分布式电源及微电网运行控制技术。