户用型光伏发电系统对配电网的影响

王贵波 马健 胡伟

摘 要：随着人们对清洁能源认识的提升以及相关科学技术的发展，太阳能光伏发电产业正在逐步渗透到我们的生活中，但是光伏发电会受到光照时间、强度等因素的影响，将其接入到配电网中之后会在一定程度上影响配电网的稳定性。有鉴于此，本文对户用型光伏发电系统计入到配电网中后对配电网产生的影响进行了分析，旨在进一步推动户用型光伏发电系统的应用。

关键词：光伏发电；配电网；运行方式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.194

1 引言

目前阶段，随着相关领域科学技术的发展，在强大科技实力的支撑下，太阳能光伏电站有了更大的发展空间，尤其是在生态环境日益恶化的背景下，新能源的开发以及应用成为了人们关注的焦点，太阳能作为一种新能源，有着丰富的资源、分布广泛、清洁、安全、用之不竭等優点。进入新世纪以来，随着全球能源供应变得越来越紧张，太阳能光伏发电的优势更加显现出来，在全球范围内的应用规模也变得越来越广。现在，发展大型光伏并网电站的是其中重要的一个趋势，比如在边远地区发展独立发电系统，在大型建筑物顶部发展中型或者小型并网发电系统等。户用型光伏发电系统的引入能够使我国电力配电网从辐射式的网络转化成遍布电源以及用户互联的网络。

在这一电力网络中，负荷变得更加复杂，且具有一定的随机性，很多对其中的负荷进行非常精准的表示。为了使其更加方便进行研究，本文选择运用恒功率静态模型对馈线上的各节点负荷进行表示；另外，研究中假设负荷三相对称；考量到电压等级低，配电线路长度短，所以三相线路间的互感也不考虑；所有线路阻抗均折合到系统电压等级。

2 单个光伏发电系统接入配电网的潮流计算

引入PV之后会使我国电力网络从传统的辐射式转化成遍布电源以及用户互联的综合性、复杂化的网络[1]。未引入PV时，馈线潮流始终是单向存在的，而且有功潮流和变电站之间的距离是呈现背离趋势的。在馈线引入PV后，就使得馈线潮流模式发生了转变，依据PV的接入位置与负荷情况，配电系统的潮流可以减少也可以增加。该节对引入单个PV之后可能会对配电网产生的影响进行分析，主要对从不同位置、不同容量以及不同方式引入PV之后导致的电压曲线分布状况。在本研究中变电所以上的网络全部等值为电压源，系统电压始终保持不变。

在此模型中，将光伏发电系统接入配电网末端（节点5处），其向配电网注入功率，可视为“负”的负荷，假定PV的容量为1MVA，功率因数，cosφ=0.9（滞后）[2]。此线路的参数为：1-5节点所连接负荷均为S负=0.85+0.54j，各段线路阻抗为Z0-1=0.1+0.2j、Z1-2=0.2+0.3j、Z2-3=0.2+0.4j、Z3-4=0.1+0.5j、Z4-5=0.3+0.1j，注入各节点的功率为S1～5，线路首端电压UN为10.5kV。

以上配电网模型，可按以下两个步骤进行电压和功率的计算。

第一步：从离电源点最远的节点5开始，利用线路额定电压，逆着功率传送的方向依次计算各段线路阻抗中的功率损耗和功率分布。

第二步：利用第一步求得的功率分布，从电源点开始，顺着功率传送的方向依次计算各段线路的电压降落，求出各节点电压。

按照此方法可依次推出其余各节点的电压情况。为了提高计算精度，可以重复以上的运算。经两次迭代计算后，发现各节点电压误差均在0.001kV以内。

3 单个光伏发电系统对配电网的影响

3.1 户用光伏发电系统的容量对电压分布的影响

在保持其他参数不变的情况下，仅仅使PV容量变化，也会使配电网的电压发生变化。运用上文的模型，假设PV从节点引入，设定其功率因数为0.9（滞后）运行，通过测定可知随着户用型光伏电源容量的逐渐增加，配电网的电压分布发生变化；PV接入处，电源容量越大，压降越小，当PV容量较大时，压降会出现负值（如容量5MVA时）。

3.2 户用型光伏发电系统接入位置对电压分布的影响

在保持其他参数不变的情况下，仅仅使PV接入位置进行调整，也会使配电网的电压发生变化。设定PV功率因数为0.9（滞后）运行，通过测定可知，总出力相同的PV在不同的位置接入配电网，其电压分布情况有着非常大的不同；PV将其所在节点的电压抬高，下游馈线的电压整体升高。

3.3 户用型光伏发电系统的运行方式对电压分布的影响

功率因数是PV影响配电网电压分布的一个重要因素。光伏发电系统根据发电技术及其控制，可以运行在不同的功率因数，它可以从系统吸收无功功率也可以向系统发出无功功率[3]。采用前述相同的网络数据和负荷大小，PV的功率因数的变化会引发馈线电压曲线发生改变。通过仿真计算我们可知，在PV的功率因数从超前0.85变化到滞后0.85的过程中，PV从配电网系统中吸收的无功功率逐渐变少，配网馈线潮流减弱，位于PV上游的电压下降幅度也在不断降低。之后，功率因数继续变化，PV从系统中吸收的无功功率变成零，继而会向系统中输出无功功率，此时配电网中的馈线潮流继续降低。由此可知，随着功率因素的变化，PV从吸收配网中的无功功率逐渐转变成向系统输出无功功率。

4 结论

本文在配电网中引入了光伏发电系统，分别从不同接入容量、位置以及运行方式3个层面对户用型光伏发电系统引入之后对配电网造成的影响进行了分析，通过仿真计算可知，不同的接入容量、位置以及运行方式都会对配电网电压造成不同程度的影响。

今后可以进一步分析多个电源接入时情况，进而得出对实践更有指导意义的结论。

参考文献：

[1]赵春江.并网型太阳能光伏发电系统[M].北京：化学工业出版社，2007.

[2]王东.太阳能光伏发电技术与系统集成[M].北京：化学工业出版社，2011.

[3]黄汉云.太阳能光伏发电应用原理[M].化学工业出版社，2012.