分布式电源对配电网电压影响仿真分析

周识远，汪宁渤，丁　　坤，杜景远，武　　刚

分布式电源对配电网电压影响仿真分析

周识远1，2，汪宁渤1，2，丁坤1，2，杜景远3，武刚3

（1.甘肃省电力公司风电技术中心，兰州730050；2.甘肃省风电并网工程技术中心，兰州730050；3.国网山东省电力公司济南供电公司，济南250012）

分布式电源通常容量不大，故大量采用配电网络接入的方式。配电线路上分布式电源总装机容量的增加将使配电网电压越限。在分析分布式电源对配电网电压影响的基础上，使用DIgSILENT/PowerFactory仿真软件搭建国际大电网会议组织（CIGRE）中压配电网模型，分析分布式电源不同接入容量和不同接入位置对配电网电压的影响规律。

分布式电源；配电网；馈线电压

0　　引言

分布式发电（Distributed Generation，DG）作为一种崭新的发电形式，在世界范围内获得了广泛关注［1-2］。近年来，分布式发电在欧洲发达国家发展迅速，有些分布式发电装机容量已接近或者超过总发电装机容量的50%。我国也在《“十二五”能源发展规划》中提出要大力发展靠近负荷布置的分布式风电、太阳能发电与天然气发电，国家电网公司和南方电网公司也出台了相关并网服务政策，为DG的接入提供了良好的基础。

分布式发电的规模一般不大，通常为10 kW～100 MW，所用的能源包括天然气（含煤层气、沼气等）、太阳能、生物质能、氢能、风能、小水电等洁净能源或可再生能源；而储能装置主要为蓄电池，还可以采用超级电容器、飞轮储能等。由于分布式电源通常容量不大，故大量采用配电网络接入的方式。

可见，未来的电网将有大量DG分散接入中低压配电网；未来的配电网将是DG高度渗透的有源配电网。传统配电网络多为单辐射型网络，闭环网络亦多开环运行，其潮流单向流动。而DG的接入改变了配电网结构，使传统配电网转变为有源网络；其潮流将双向流动，这将引起配电网节点电压的变化，这种变化与DG接入方式密切相关［3-4］。

在分析分布式电源对配电网电压影响的基础上，通过使用DIgSILENT/PowerFactory仿真软件搭建CIGRE中压配电网模型，仿真分析分布式电源不同接入容量，不同接入位置等对配电网电压的影响规律。

1　　分布式电源对配电网电压影响分析

传统配电网络多为单辐射型网络，闭环网络亦多开环运行，其潮流单向流动。图1所示为典型的配电网中压10 kV馈线。该馈线首端电压为U0，馈线上有n个用户，各用户节点负荷已标明。

图1　　配电网10 kV辐射型馈线

对图1所示馈线，定义功率方向为从母线流向线路，当忽略线路损耗时，节点k-1和节点k之间的电压差为节点k的电压为

式（1）和（2）中用户消耗的有功功率Pi和无功功率Qi都大于0，故节点k-1和节点k之间的电压差大于0，因此该馈线上各节点的电压都低于母线电压且随着与母线距离的增大而降低。为保证馈线远端的电压满足电压偏差规定下限的要求，一般采用提高馈线首端电压和增加无功补偿设备的方法。

当在节点k上接入分布式电源后，节点k-1和节点k之间的电压差为式中：PDG-k为分布式电源发出的有功功率。

相应的节点k电压为比较式（3）和式（1），可知：

式（5）说明当接入分布式电源后，节点k-1和节点k之间的压降小于未接入分布式电源时的情况。

由于用户功率因数较高且线路电抗较小，当忽略无功影响时，式（3）可简化为

上述分析是针对单个分布式电源接入的情况，对于同一馈线，多个分布式电源接入的情况可按相同方法计算。分析说明分布式电源接入后，不仅要考虑馈线电压满足电压偏差规定下限要求，也需要使馈线满足电压偏差规定上限要求。

由于分布式电源中光伏发电和风力发电的间歇性特点，当馈线总的分布式电源容量较大时，可能导致电压越限。分布式电源的配电网电压的影响不仅取决于其接入容量，还和其接入位置、电压补偿设备的配置和控制等相关。

2　　仿真分析

2.1仿真模型

仿真模型采用国际大电网会议组织专题标准C6.04.02的中低压配电网模型［5-6］的中压部分，该模型是欧洲研究分布式电源并网时所釆用的主要实验仿真系统。

为适应中国配电网特性，对该模型做了适当调整，电压等级采用10 kV，网供负荷为25 MW。

仿真模型在DIgSILENT/PowerFactory仿真软件中搭建。DIgSILENT可提供多种风机模型与光伏电池和储能系统模型，其被广泛应用于风能、太阳能及储能装置等新能源大规模接入电力系统的建模、仿真及分析研究。仿真模型如图2所示，该模型系统由两个子区域构成，本文的仿真使用节点1～11的子区域。

2.2DG接入容量对电压的影响

要分析DG接入容量，需要固定DG的接入位置。仿真中选择馈线末端节点11接入DG。

图2　　配电线路仿真模型

一般为保证整个配电线路是严格吸收型的受端网络，要求分布式电源的接入总容量要小于馈线总负荷［4］。随着DG的大量接入，未来有可能出现接入总容量接近或超过负荷的情况，故仿真时选择馈线总负荷的30%，50%，100%，120%的情况。节点11接入DG，功率因数取0.9，滞后。

图3　　不同容量DG接入的节点电压

仿真结果如图3所示。DG的接入对馈线电压分布的影响非常明显。接入DG后，由于减少了馈线中传输的功率，以及DG产生无功的支撑，整体抬高了馈线的节点电压。随着DG接入容量的增加整条馈线的电压水平都在提高，接入点甚至可能超过电压偏差上限。

2.3DG接入位置对电压的影响

通过改变单个DG在馈线不同位置进行了仿真。分别选取馈线首端节点2、中间节点8和末端节点11的位置增加DG，DG容量是馈线总负荷的40%，功率因数取0.9，滞后。

仿真结果如图4所示，与不接入DG的情况相比，DG越接近系统母线，对馈线电压分布的影响越小；DG接入在馈线末端的情况下，对整个线路的电压影响越大。如果馈线末端的DG退出运行，馈线末端节点的变化幅度最大。

图4　　不同位置DG接入的节点电压

2.4不同功率因数的DG对电压的影响

在保持DG接入容量、位置不变的情况下，仅改变功率因数比较了不同功率因数DG对馈线电压的影响。功率因数分别取滞后0.8、滞后0.9、1、超前0.8和超前0.9。

图5　　不同功率因数的DG接入的节点电压

仿真结果图5表明，不同功率因数的DG接入对馈线电压产生不同的影响。滞后功率因数的DG接入对馈线电压的改善要好于超前功率因数的DG接入。当滞后功率因数的DG接入时，DG不仅发出有功，还向馈线发出无功，所以对馈线电压支撑强。当超前功率因数的DG接入时，其发出有功可以减少有功损耗，使电压升高；但其同时吸收无功功率，将会使电压降低，最终该DG接入点的电压变化取决于这两方面变化的和。

2.5多DG接入对电压的影响

实际馈线中的DG接入绝大部分是多点分散接入，其对馈线电压的影响与单点接入是不同的。仿真时将DG分别接入馈线首端、中间和末端，将其结果与同容量的单点DG接入的情况比较，结果如图6所示。多DG分散接入的情况下，其馈线电压的提升要高于不接入DG和馈线首端接入的情况，但低于在馈线中间和馈线末端接入的情况。相对于在馈线中间和馈线末端接入，多DG分散接入的情况下当某一个DG退出运行时，其对馈线电压的变化相对较小。

图6　　多DG接入的节点电压比较

3　　结语

基于国际大电网会议组织（CIGRE）专题标准C6.04.02的中低压配电网模型，使用DIgSILENT/ PowerFactory仿真了在配电网中接入分布式电源对馈线电压的影响。结果表明，DG接入配电网会对馈线电压产生重大影响，具体影响与不同的接入容量、接入位置、功率因数等有关。实际馈线的多DG分散接入对馈线电压的支撑要优于单点DG接入的情况。

［1］BOEMER J C，GIBESCU M，KLING W L.Dynamic models for transient stability analysis of transmission and distribution systems with distributed generation：an overview［C］//Proceedings of the IEEE Power Technology Conference，Bucharest，Romania，2009：1-8.

［2]钱科军，袁越.分布式发电技术及其对电力系统的影响［J］.继电器，2007，35（13）：25-29.

［3］SUJATHA Kotamarty，SARIKA Khushalani，NOEL Schulz.Impact of distributed generation on distribution contingency analysis ［J］.Electric Power Systems Research，2008，78（9）：1 537-1 545.

［4］ 王志群，朱守真，周双喜，等.分布式发电对配电网电压分布的影响［J］.电力系统自动化，2004，28（16）：56-60.

［5］RUDION K，ORTHS A，STYCZYNSKI ZA，et al.Design of Benchmark of Medium Voltage Distribution Network for Investi gation of DG Integration［C］//IEEE Power Engineering Society General Meeting，2006.

［6］ RUDION K，STYCZYNSKI ZA，HATZIARGYRIOU N，et al. Development of benchmarks for low and medium voltage distribution networks with high penetration of dispersed generation［C］//In：3rd International Symposium on Modern Electric Power System，Wroclaw，2006.

［7］ 许晓燕，黄越辉，刘纯，等.分布式光伏发电对配电网电压的影响及电压越限的解决方案［J］.电网技术，2010，34（10）：140-146.

［8］ CAIRE R，RETIERE N，MARTINO S，et al.Impact assessment of LV distributed generation on MV distribution network［C］// Proceedings of 2002 IEEE Power Engineering Society Summer Meeting，2002：1 423-1 428.

［9］GB/T 12325—2008电能质量供电电压偏差［S］.

［10］陈权，李令东，王群京，等.光伏发电并网系统的仿真建模及对配电网电压稳定性影响［J］.电工技术学报，2013，28（3）：241-247.

［11］张立梅，唐巍，赵云军，等.分布式发电接入配电网后对系统电压及损耗的影响分析［J］.电力系统保护与控制，2011，39（5）：91-96.

Simulation of DGs Influences on System Voltage in Distribution Network

ZHOU Shiyuan1，2，WANG Ningbo1，2，DING Kun1，2，DU Jingyuan3，WU Gang3
（1.Wind Power Technology Center of Gansu Electric Power Company，Lanzhou 730050，China；2.Gansu Wind Power Integration Engineering Center，Lanzhou 730050，China；3.State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

Due to its small capacity，the DG is usually interconnected to the distribution network.With the increase of the total installed capacity of DGs，the distribution network voltage will be out-of-limit.Based on analyzing the DGs on distribution network voltage，the CIGRE medium voltage distribution network model is simulated using the DIgSILENT/ PowerFactory software.The influence law of the DGs on distribution network voltage is analyzed under conditions of different access capacities and access positions.

DG；distribution network；feeder voltage

TM744；TM73

A

1007-9904（2016）06-0018-04

2015-12-03

周识远（1984），男，工程师，从事智能电网、新能源并网控制及可靠性分析相关工作。