含分布式电源的配电网无功补偿方法研究

李维鹏

摘要：随着“既要金山银山，又要绿水青山”的发展理念，绿色环保、清洁能源发电得到了快速的发展，分布式电源成为热点。但分布式电源接入配电网后，配电网架结构和潮流分布都将发生巨大的变化。配电网无功补偿可以改善电压质量，同时还能降低系统网损，减少用电成本。研究含分布式电源的配电网无功补偿优化配置对提高配电网安全稳定与经济性意义重大。

关键词：分布式电源;配电网;无功补偿

一、分布式电源对配电网的影响

（一）对配电网潮流的影响

当接入分布式电源的负荷节点的负荷功率小于发出功率时，由于分布式电源的接入，潮流流向将会反向，即分布式电源的接入使网络潮流反向。由于分布式电源的输出功率不恒定，负荷也不恒定，所以潮流的方向也会出现变化。

（1）多电源供电问题

正常情况下，配电网是单端供电的，而由于分布式电源的存在，造成了配电网内部多个电源点，多端供电的问题。因而将负荷和与之连接的分布式电源单纯的视作一个负荷节点来考虑，也就是将此问题又转化为单端供电问题。

（2）潮流流向问题

配电网中，潮流流向都是由根节点流向末端节点的。当加入的分布式电源所发出的功率大于与之连接点的负荷功率时，可能会使得潮流方向变化，潮流方向不单一等问题。在本文中反向的潮流当作负的正向潮流处理。

（二）对节点功率的影响

因为电力系统要求无功不能倒送，且无功补偿不可投切或改变，所以要求在各节点所需无功功率最少时确定补偿无功功率大小。当不投入分布式电源时，最小负荷方式下负荷无功一般最小;加入分布式电源后，因为分布式电源需要吸收无功，而且吸收无功的量随着时间的变化而变化，所以需要在加入分布式电源后重新计算三种负荷方式下电网的无功功率需求，选取需求无功最少的负荷方式来确定无功补偿容量，从而保证补偿无功较大且不会倒送无功。

（三）对配电网电压的影响

正常情况，分布式电源的接入对配电网的电压能起到一定的支撑作用。对于同等容量的分布式电源来说，分散式安装的效果要好于集中式安装。分布式电源安装于越接近线路首端（或母线侧）对线路电压分布影响越小，从减小电压变化率的角度着想，分布式电源适合于安装在线路中间偏末端的位置或位置组合。

（四）接入点位置及容量对网络有功损耗的影响

在相同容量时，接入点越靠近电源点、电压质量高的节点，网络损耗要高于接入点为远离电源点、电压质量低的节点。接入点远离电源点、电压质量低的节点时，无功补偿容量在一定范围内，会随着接入的分布式电源的无功容量而增加，网损会有明显的下降，而接入点靠近电源点、电压质量高的节点时，无功补偿容量对网损基本没有影响。

二、含分布式电源的配电网无功补偿优化配置

（一）含分布式电源的配电网无功补偿优化配置的数学模型

在本文中以全年电能损失费用与无功补偿设备的投资费用之和作为目标函数。要求配电网在补偿后能在一个良好的状态下运行，配电网需满足有功平衡和无功平衡、各节点电压不越界、系统潮流约束等。

（1）全年网损费用和无功补偿设备投资费用

实际中配电网负荷是随时间的变化而变化的，计算时将负荷分为最大负荷、一般负荷及最小负荷三种方式。

为了将三种负荷方式联系起来，在此引入最小负荷损耗时间，即将全年负荷总量归算到只在最小负荷方式下运行的时间。

全年电能损失即三种负荷方式下的电能损失之和，这三种负荷方式下的网损分别为为 Plmax、Plnor、Plmin，所对应运行时间分别为 tmax、tnor、tmin，则全年电能损耗可表示为：

在补偿电容的费用上，应用单位容量的补偿设备投资费用系数的概念，用Cci来表示，因为在补偿时，取补偿电容为整数，假设在i节点上补偿电容容量为Qci，那么在i节点上的补偿电容的费用为：

（2）资金的时间价值

根据经济学等年值的概念，其现值 P 和等年值 C 的换算公式为：

将新增补偿设备的投资费用折合为等年值的设备投资费 F2用后的表达式形式为：

（3）无功补偿的约束条件

对补偿后的配电网的要求，也即该问题的约束条件的要求包括：

（4）配电网无功补偿优化数学模型

综上所述，配电网无功补偿配置模型如下;

在约束条件中，上标k=（1，2，3）分别代表最大，一般和最小三种负荷方式。

n：节点个数;

Qcimax：i点可新增电容器补偿的最大容量。

（5）数学模型的求解方法

由于电网要求无功不能倒送，且补偿电容不可投切或改变，而三种负荷方式中最小负荷方式的负荷无功最小，最容易倒送，所以无功补偿容量应在最小负荷方式下运算。因此补偿容量的确定和设备的投资费用应在最小负荷方式下进行。

最小负荷方式下的数学模型为：

等式约束和不等式约束即为配电网数学模型中式（4-14）、（4-15）、（4-16）、（4-17）中的k取3时的情况。

所以在一般和最大负荷方式下的目标函数变为：

其中等式约束和不等式约束即为配电网数学模型中式（4-14）、（4-15）、（4-16）、（4-17）中的k取2和1时的情况。

（6）潮流计算方法

前推回代法是比较常用的解决配电网潮流计算问题的方法，而且该方法不会受到配电网中线路的电阻和电抗之比相差不大的问题影响。计算中，需先确定每一个负荷节点的有功功率和无功功率，从线路末端开始，通过潮流计算先求得各支路末端功率和新增无功补偿值，后用末端功率进行电压计算，用线路始端开始求得各节点电压，然后返回计算潮流，对此过程进行反复运算，计算出所有支路的有功损耗求和，即为配电网的功率损耗。

三、結语

实际中，经过综合考虑投资效果、电压质量和降损效果，对多次优化计算的结果进行比较，选取出最为合适的补偿方案。茌平配电网多措并举，电网电压质量得到明显提高，有效地降低了网络损耗，经济性良好，截至目前茌平共并网1700余户分布式电源，容量29000KW，线损由6.9%降为4.2%。

参考文献：

[1]贾祺，严干贵，李泳霖，等新型多端输入光伏并网系统运行控制策略.电力自动化设备，2017.

[2]叶满园，官二勇，宋平岗.以电导增量法实现MPPT的单级光伏并网逆变器，2006.